PEMULIAAN DAN PERBENIHAN TANAMAN (Modul 3) Tim Penyusun: Prof. Dr PEMULIAAN DAN PERBENIHAN TANAMAN (Modul 3) Tim Penyusun: Prof. Dr. Patang, S.Pi., M.Si Andi Alamsyah Rivai, S.Pi., M.Si

Pemuliaan Tanaman (KB 1)

PEMULIAAN TANAMAN  Pemuliaan tanaman adalah kegiatan mengubah susunan genetik individu maupun populasi tanaman untuk suatu tujuan Tujuan pemuliaan tanaman adalah untuk menciptakan jenis unggul  atau jenis superior yang yang sudah ada

Sifat-sifat Tanaman Hasil Pemuliaan Jenisnya murni Resisten terhadap hama dan penyakit Respon terhadap pemupukan Mempunyai sifat-sifat agronomis yang disukai Daya adaptasi yang besar Mempunyai daya atau kemampuan menghasilkan yang tinggi

Keragaman baru pada pemuliaan tanaman dapat diperoleh melalui Hibridisasi Penyisipan dan translokasi kromosom Poliploidisasi (Autopoliploid dan Allopoliploid) Transfer gen Persilangan somatis antar species (non organ seksual) Pengubahan susunan polypeptida pembentuk gen (Mutasi) Pemanfaatan terjadinya keragaman genetik klon somatis Seleksi pada populasi alami

1. Strategi Dasar Pemuliaan Tanaman a. Plasma Nuftah Plasma nutfah adalah bahan baku dasar pemuliaan karena di sini tersimpan berbagai keanekaragaman sifat yang dimiliki oleh masing-masing nomor koleksi (aksesi). Usaha pencarian plasma nutfah baru berarti eksplorasi ke tempat-tempat yang secara tradisional menjadi pusat keanekaragaman hayati (atau hutan) atau dengan melakukan pertukaran koleksi

b. Peningkatan keragaman (variabilitas) genetik Beberapa cara yang dapat dilakukan adalah introduksi bahan koleksi, persilangan, manipulasi kromosom, mutasi dengan paparan radioaktif atau bahan kimia tertentu, penggabungan (fusi) protoplas/inti sel, manipulasi urutan gen, transfer gen, dan manipulasi regulasi gen Contoh keragaman genetic pada tanaman jagung

1) Introduksi Intoduksi adalah mendatangkan bahan tanam dari tempat lain (introduksi) merupakan cara paling sederhana untuk meningkatkan keragaman (variabilitas) genetik. Contoh pemuliaan yang dilakukan dengan cara ini adalah pemuliaan untuk berbagai jenis tanaman buah asli Indonesia, seperti durian dan rambutan, atau tanaman pohon lain yang mudah diperbanyak secara vegetatif, seperti ketela pohon dan jarak pagar Introduksi tanaman selain menambah keragaman tanaman juga mempunyai manfaat memajukan bidang industri, memenuhi kebutuhan aestetik, serta untuk mempelajari asal, distribusi, klasifikasi dan evolusi dari tanaman. Introduksi tanaman sorghum dari Afrika

Macam Persilangan 2) Persilangan Intravarietal Intervarietal Persilangan merupakan cara yang paling populer untuk meningkatkan variabilitas genetik, bahkan sampai sekarang karena murah, efektif, dan relatif mudah dilakukan Intravarietal Macam Persilangan Intervarietal Interspesifik Introgresive Intergenerik

c. Pemuliaan Dengan Bantuan Mutasi Pemuliaan tanaman dengan bantuan mutasi adalah teknik yang pernah cukup populer untuk menghasilkan variasi-variasi sifat baru. Mutasi pada gen akan dapat mengubah penampilan tanaman. Pemuliaan Tanaman Dengan Bantuan Mutasi

Mutasi Plasmon dan Plastidom Mutasi gen Macam-macam Mutasi Mutasi Plasmon dan Plastidom Mutasi Gen pada Tanaman Jeruk Mutasi genom  Fragmentasi Mutasi Kromosom Translokasi Inversi Delesi Duplikasi Defisiensi

d. Transfer Gen Dalam transfer gen, fragmen DNA dari organisme lain (baik mikroba, hewan, atau tanaman), atau dapat pula gen sintetik, disisipkan ke dalam tanaman penerima dengan harapan gen "baru" ini akan terekspresi dan meningkatkan keunggulan tanaman tersebut Strategi pemuliaan ini banyak mendapat penentangan dari kelompok-kelompok lingkungan karena kultivar yang dihasilkan dianggap membahayakan lingkungan jika dibudidayakan Transfer gen

f. Manipulasi gen dan ekspresinya e. Manipulasi kromosom Pengubahan jumlah kromosom (seperti pembuatan galur trisomik atau monosomik) biasanya dilakukan sebagai alat analisis genetik untuk menentukan posisi gen-gen yang mengatur sifat tertentu f. Manipulasi gen dan ekspresinya Metode-metode yang melibatkan penerapan genetika molekular masuk dalam kelompok ini, seperti teknologi antisense, peredaman gen (termasuk interferensi RNA), rekayasa gen, dan overexpression. Contoh Prosedur Manipulasi Gen

Seleksi Evaluasi Identifikasi Keunggulan Identifikasi dan Seleksi Terhadap Bahan Pemuliaan Seleksi Evaluasi

Manipulasi gen dan ekspresinya Metode-metode yang melibatkan penerapan genetikan molekular masuk dalam kelompok ini, seperti teknologi antisense, peredaman gen (termasuk interferensi RNA), rekayasa gen dan overexpression

2. Pemuliaan Tanaman Pangan dan Hortikultura

a. Tanaman Biji-bijian 1) Tanaman Jagung a) Konstitusi Genetik Tanaman Menyerbuk Silang Konstitusi genetik tanaman menyerbuk silang berada dalam keadaan heterosigot dan heterogenus, sebab terjadi persilangan antara anggota populasi, sehingga populasi merupakan pool hibrida Metode penyerbukan silang tanaman jagung

b) Sumber Genetik Plasma nutfah merupakan sumber gen yang dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan keragaman tanaman Plasma nutfah jagung Sebagai bahan untuk pembentukan varietas sintetik diperlukan galur-galur inbrida yang memiliki daya gabung baik sedangkan untuk varietas komposit diperlukan galur yang berdaya gabung umum yang baik dan atau varietas yang memiliki variabilitas genetik yang luas

c) Pembentukan dan Perbaikan Populasi Dasar Pembentukan populasi dasar didahului dengan pemilihan plasma nutfah untuk menentukan potensi perbaikan genetik secara maksimum sesuai dengan yang diharapkan dari program pemuliaan Untuk mendapatkan populasi superior, perbaikan populasi dilakukan secara kontinyu melalui perbaikan dalam populasi (Intra population improvement) dan perbaikan antar poopulasi (interpopulation improvement). Skema perbaikan populasi melalui perbaikan dalam populasi

d) Pembentukan Inbrida Inbrida calon hibrida memiliki tingkat homozigositas tinggi. Inbrida jagung biasanya diperoleh melalui penyerbukan sendiri (selfing) tetapi bisa juga diperoleh melalui persilangan antar saudara Inbrida dapat dibentuk melalui varietas bersari bebas atau hibrida dan inbrida lain. Pembentukan inbrida dari inbrida lain dibuat dengan jalan menyilangkan dua inbrida dan disebut seleksi kumulatif e) Pembentukan Varietas Unggul Jagung Bersari Bebas Varietas komposit pada dasarnya merupakan campuran berbagai macam bahan pemuliaan yang telah diketahui potensi produksinya, umurnya, ketahanannya terhadap cekaman biotic dan abiotik serta sifat-sifat lainnya

f. Metode Seleksi Dalam Pemuliaan Tanaman Jagung Seleksi Massa (Mass Selection) Seleksi massa adalah pemilihan individu secara visual yang mempunyai karakter-karakter yang diinginkan dan hasil biji tanaman terpilih dicampur untuk generasi berikutnya Seleksi massa merupakan prosedur yang sederhana dan mudah, sudah dipraktekkan petani sejak dimulainya pembudidayaan tanaman. Skema pelaksanna seleksi massa

Seleksi Satu Tongkol Satu Baris (Ear-to-Row) Seleksi satu tongkol satu baris pada jagung, sedang pada tanaman lain disebut head-to-row, yakni satu malai satu baris Langkah-langkah pelaksanaan seleksi ear-to-row: Musim I Musim II Musim III Seleksi Pedigri (Pedigree Selection) Musim I Musim II Musim III Musim IV Seleksi Pedigree

Seleksi Curah (Bulk Selection) Seleksi metode curah adalah prosedur dengan mencampur biji dengan jumlah yang sama dari tongkol hasil silangdiri. Apabila dilakukan silang diri 300 tanaman ambil 4 biji dari tiap tongkol untuk ditanam lagi Modifikasi dapat dilakukan dengan mengevaluasi daya gabung pada S1 dan galur terpilih dilanjutkan silangdiri tetapi biji dari 1-3 tongkol dari hasil silangdiri masing-masing galur terpilih dicampur dan silangdiri dilanjutkan sampai mencapai homozigot. Seleksi curah dapat menghemat biaya dan dapat dilakukan dengan banyak populasi sekaligus. Seleksi bulk

Seleksi Berulang untuk Daya Gabung Umum Seleksi Fenotip Berulang (Phenotypic Recurrent Selection) Seleksi fenotip berulang adalah seleksi dari generasi ke generasi dengan diselingi oleh persilangan antara tanaman-tanaman terseleksi agar terjadi rekombinasi Langkah-langkah pelaksanaan seleksi fenotip berulang adalah Musim I Musim II Seleksi Berulang untuk Daya Gabung Umum Seleksi ini awalnya disarankan oleh Jenkins dengan anggapan bahwa daya gabung dapat ditentukan sejak dini. Prosedur seleksi: Musim I Musim II Musim III Musim IV

Seleksi Silang Balik (Backcross) Prosedur seleksi ini digunakan untuk memperbaiki galur yang sudah ada tetapi perlu ditambah karakter yang lain seperti ketahanan terhadap hama penyakit Galur yang hendak diperbaiki yaitu tetua pengulang (recurrent parent) karakter-karakternya tetap dipertahankan kecuali karakter yang hendak diintrogressikan dari tetua donor Galur A (tetua pengulang) disilangkan dengan galur donor X, selanjutnya F1 atau F2 disilangkan kembali dengan galur A Seleksi silang balik

2) Tanaman Kedelei Seperti tanaman pada umumnya kedelai akan berbunga ketika memasuki masa generatifnya (kira-kira 40 HST). Bunga akan muncul pada ketiak daun secara bergerombol hingga 3-5 bunga. Dalam satu gerombol ini bunga mekar tidak serempak. Tanaman kedelai ini merupakan tanaman menyerbuk sendiri (autogami) yang memiliki bunga sempurna (hermaprhodit/banci) karena putik dan benangsari terletak dalam satu bunga Penyerbukan alami akan terjadi pada saat serbuk sari matang yaitu pada saat bunga mekar sempurna (06.00-10.00)

b) Pemilihan Bunga Sebagai Induk Betina a) Persilangan Secara umum proses persilangan bunga kedelai sama dengan teknik persilangan biasa. Persilangan kacang kedelai b) Pemilihan Bunga Sebagai Induk Betina Satu hal yang harus diketahui bersama adalah tanaman kedelai merupakan tanaman menyerbuk sendiri sehigga tanpa penyerbukan bantuan, secara alami bunga akan terserbuki. Bunga yang dipilih pada adalah bunga yag masih kuncup sehingga dapat diyakini putik bunga belum terserbuki.

c) Kastrasi d) Penyerbukan Kastrasi dilakukan untuk menghindari penyerbukan sendiri (selfing). Kastrasi dilakukan dengan mengambil seluruh perhiasan bunga dan tentu saja alat kelamin jantan (benangsari) Untuk membuka seludang benangsari gunakanlah pinset dan goyangkan perlahan-lahan hingga seludang terbuka, kemudian cabutlah seludang tersebut maka benagsari akan tercabut d) Penyerbukan Untuk mempermudah penyerbukan maka ambillah sekuntum bunga dari varietas lain, periksa benangsarinya apakah masih dalam keadaan segar. kemudian oleskan pada bunga yang sudah dikastrasi

e) Pembuangan bunga f) Pelabelan Dalam satu dompol terdapat cukup banyak bunga. untuk mempermudah pengamatan maka bunga dalam dompol yang sama segera dibuang dengan cara menggunting bunga tersebut. hal ini dilakukan untuk menghindari kesalahan dalam pengamatan polong Pembuangan bunga f) Pelabelan Jangan lupa melakukan pelabelan agar persilangan mudah diamati. Jika persilangan berhasil maka setelah tiga hari putik akan membentuk polong

b. Tanaman Serealia 1) Padi Persilangan padi secara buatan dilakukan dengan campur tangan manusia. Varietas padi unggul hasil persilangan dikelompokkan berdasarkan tipologi lahan budi dayanya, yaitu padi sawah, padi gogo, dan padi rawa Persilangan padi secara buatan pada umumnya menghasilkan tanaman yang relatif pendek, berumur genjah, anakan produktif banyak, dan hasil tinggi. Sementara itu persilangan secara alami menghasilkan tanaman yang relative tinggi, berumur panjang, anakan produktif sedikit, dan produktivitas rendah. Untuk menghasilkan varietas padi baru melalui persilangan diperlukan waktu 5-10 tahun

Terdapat beberapa metode persilangan buatan yang dapat dilakukan untuk mendapatkan varietas unggul padi, yaitu silang tunggal atau single cross(SC), silang puncak atau top cross(TC), silang ganda atau double cross(DC), silang balik atau back cross(BC), dan akhir-akhir ini dikembangkan pula metode persilangan multi cross(MC). Bunga jantan diambil dari lapangan sekitar pukul 09.00 pagi kemudian disimpan dalam bak plastic yang disiapkan di ruang persilangan (Soedyanto et al. 1978). Tanaman hasil penyerbukan dipelihara di rumah kaca sampai biji hasil persilangan masak. Setelah 3-4 minggu, malai dipanen kemudian dikeringkan dengan cara dijemur atau dioven. Biji yang sudah kering dirontok kemudian dimasukkan ke dalam kantong kertas dan dicatat dalam buku persilangan (Sadjad 1993) Persilangan padi

c. Tanaman Sayuran 1) Cabe a) Persiapan b) Kastrasi Persiapan di sini ialah persiapan untuk melakukan kastrasi dan penyerbukan silang Persilangan buatan cabai b) Kastrasi Kastrasi adalah kegiatan membersihkan bagian tanaman yang ada di sekitar bunga yang akan di emaskulasi dari kotoran, serangga, kuncup-kuncup bunga yang tidak di pakai serta organ tanaman lain yang menganggu kegiatan persilangan. Membuang mahkota dan kelopak juga termasuk kegiatan kastrasi . secara umum  alat yang di gunakan adalah gunting, pisau, dan pinset

d) Isolasi c) Emaskulasi e) Pengumpulan serbuk sari Emaskulasi adalah kegiatan membuang alat kelamin jantan ( stamen ) pada tetua betina, sebelum bunga mekar atau sebelum terjadi penyerbukan sendiri. d) Isolasi Isolasi dilakukan agar bunga yang di emaskulasi tidak terserbuki oleh serbuk sari asing . sehingga baik bunga jantan maupun bunga etina harus di kerudungi dengan kantung e) Pengumpulan serbuk sari Pengumpulan serbuk sari dari pohon tetua jantan dapat di mulai beberapa jam sebelum kuncup-kuncup bunga itu mekar . bila letak pohon tetua betina jauh dari pohon jantan, maka pengangkutan kuncup-kuncup bunga dari tetua jantan ke tetua  betina akan memakan waktu yang lama

f) Penyerbukan g) Pelabelan Penyerbukan buatan di lakukan antara  tanaman yang berbeda genetic nya. Pelaksanaanya terdiri dari pengumpulan pollen (serbuk sari) yang viable atau anter dari tanaman tetua jantan yang sehat, kemudian menyerbukan nya ke stigma tetua betina yang telah di lakukan emaskulasi g) Pelabelan Secara umum pada label tertulis informasi tentang nomor yang membedakan tanaman satu dengan tanaman lainya, waktu emaskulasi, waktu penyerbukan, nama tetua jantan dan tetua betina, dan kode pemulia atau yang menyilangkannya Pelabelan persilangan cabai

2) Tomat Usaha memperoleh varietas baru melalui persilangan antar individu merupakan salah satu metode untuk dapat memperbesar variabilitas genetik. Dari persilangan tersebut akan memperbanyak pilihan dalam kombinasi baru dari gen-gen yang diturunkan dari kedua tetuanya (Jaya, 2011) Kastrasi adalah suatu kegiatan membersihkan bagian tanaman yang ada di sekitar bunga yang akan diemaskulasi dari kotoran, serangga, kuncup-kuncup bunga yang tidak dipakai serta organ tanaman lain yang akan mengganggu selama kegiatan persilangan

3. Pemuliaan Tanaman Perkebunan a. Kelapa Hasil pemuliaan tanaman berupa varitas baru mempunyai keunggulan yang harus dipertahankan pada generasi berikutnya melalui perbanyakan yang sekaligus mempertahankan kebenaran genetik dan mutu benihnya. Mutu genetik mencakup keunggulan varitas tersebut dan kemurniannya tinggi. Mutu fisik dicerminkan dengan bentuk, ukuran, kebersihan, keseragaman, warna dan kecerahan. Mutu fisiologis mencakup kadar air benih, viabilitas dan vigor benih.