TEKNIK PERSILANGA,N BUATAN 2
Dr. Ir. Rahmi Yuniallti, MSl), Prof. Dr. Ir. Sriani Sujiprihati, MS ), 3 . Dr. Ir. Muhamad Syukur, Ms ) 1) Lektor Kepala Jurusan Budidaya Pertanian, Fakultas Pertanian UNRI
[email protected] Guru Besar Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian IPB Lektor Kepala Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian IPB
2) 3)
PENDAHULUAN Hibridisasi (persilangan) adalah penyerbukan silang antara tetua yang berbeda susunan genetilmya. Pada tanaman menyerbuk sendiri hibridisasi merupakan langkah awal pada program pemuliaan setelah dilakukan pemilihan tetua. Umumnya program pemuliaan tanaman menyerbuk sendiri dimulai dengan menyilangkan dua tetua homozigot yang berbeda genotipenya. Pada tanaman menyerbuk silang, hibridisasi biasanya digunakan untuk menguji potensi tetua atau pengujian ketegaran hibrida dalam rangka pembentukan varietas hibrida. Selain itu, hibridis(lsi juga dimaksugkan untuk memperluas keragarnan. Tujuan utama rnelakukan persilangan adalah (1) Menggabungkan semua sifat baik ke dalam satu genotipe baru; (2) Memperluas keragaman genetik; (3). Memanfaatkan vigor hibrida; atau (4) Menguji potensi tetua (uji turunan). Dari keempat tujuan utama ini dapat disimpulkan bahwa hibridisasi memiliki peranan penting dalam pemuliaan tanarnan, terutarna dalam hal memperluas keragarnan. Seleksi akan efektif apabila populasi yang diseleksi mempunyai keragaman genetik yang luas.
JENIS-JENIS PERSILANGAN
;;;
Berdasarkan pengelornpokan tanarnan yang digunakan dalam persilangan, hibridisasi dibedakan menjadi: 1. Hibridisasi intravarietas, yaitu persilangan yang dilakukan antara tanaman yang varietasnya sarna. 2. Hibridisasi intenrarietas, yaitu persilangan yang dilakukan antara tanarnan ya..'1g varietasnya 1?erbeda dalarn spesies yang sarna. Hibridisasi ini disebut juga hibridisasi intraspesifik. 3. Hibridisasi interspesifik, yaitu persilangan antara tanarnan dari dua spesies yang berbeda, dalanl genus. Hibridisasi ini disebut juga hibridisasi intragenerik. Jenis persilangan ini telah dilakukan untuk memindahkan gen ketahanan terhadap hama dan penyakit, atau toleransi terhadap kekeringan pada varietas tanaman gandurn, tornat, tebu, dan lain-lain. 87
..
4. Hibridisasi intergenerik, yaitu persilangan yang dilakukan antar tanaman dari genus yang berbeda. Beberapa contoh tanaman hasil persilangan ini adalah Raphanobrassica, Rabbage, Maize-teosinte, sugarcane-sorghum, dan lain-lain. Hibridisasi ini juga biasa digunakan untuk memindahkan sifat ketahanan penyakit, hama dan kekeringan dari genus tanaman' liar ke tanaman budi daya. Hibridisa.si intravarie.tas dan intervarietas relatif mudah dilakukan karena kedua tetua mempunyai genom yang sarna sehingga tidak muncul banyak hambatan Cbarier). Hibridisasi ini (terutama hibridisasi intervarietas) adalah jenis hibridisasi yang umum dilakukan dalam program pemuliaan tanaman. Hibridisasi interspesifik dan intergenerik disebut juga persilangan kerabat jauh. Keberhasilan persilangl:!ll kerabat jauh sangat tergantung pada dekat tidaknya hubungan spesies yang disilangkan. Secara umum semakin jauh hubungan kekerabatan antara kedua tanaman yang digunakan dalam persilangan, akan semakin kecil peluang untuk mendapatkan tanaman FI yang normal. Dalam pelaksanaannya, persilangan kerabat jauh tidak mudah dilakukan karena adanya kendala alami seperti benih hibrid yang lemah dan tidak mampu bertahan hidup, serta tanaman FI yang diperoleh menjadi steril. Sejauh ini penghalang yang' dijumpai dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu (I) hambatan sebelum terjadinya pembuahan (pre-fertilization barrier), berupa kegagalan dalam perkecambahan serbuk sari atau lambatnya pertumbuhan tabung serbuk sari, dan (2) hambatan sesudah terjadinya pembuahan (postfertilization barrier), antara lain aborsi embrio saat masih muda dan terjadinya eliminasi kromosom. Kegagalan perkembangan embrio menjadi biji dew~a merupakan fenomena paling umum dijumpai pada persilangan kerabat jauh. Ketidakmampuan untuk tumbuh yang terjadi pada persilangan kera~at jauhdisebabkan oleh (1) adanya mekanisme yang' bisa mempengaruhi perkembangan zigot sejak pembelahan sel pertama hingga pembuahan bahkan hingga diferensiasi akhir organ reproduktif dan pembentukan gamet, (2) adanya aksi gen spesifik, tidak ada keserasian antara inti dan sitoplasma atauantara embrio dan endospenn dari spesies yang digunakan dalam persilangan.' Berbagai penghalang tersebut menyebabkan rendahnya tingkat keberhasilan dalam persilangan kerabat jauh. Keberhasilan persilangan (crossability) pada beberapa kombinasi persilangan dibatasi oleh kemampuan f, dalam pembentukan, biji (seed set), yang tergantung pada genom kedua tetua. Perbedaan genom tetua menyebabkan hambatan dalam pembuahan maupun ' setelah pembuahan. Beberapa prinsip dianjurkan untuk dipahami, agar pemilihan spesies ke~bat liamya efisien. Dalam pemilihan kerabat liar sebagai tetua dalam persilangan kerabat jauh, kriteria yang relevan untuk digunakan, antara laiil : ' 1. Derajat kekerabatannya: biasanya spesies yang sangat dekat kekerabatannya dengan tanaman budidaya lebih diutamakan karena jaminan keberhasilan persilangan, transfer gen dapat berlangsung secara normal. Kekeraba,tan yang jauh hanya direkomendasikan bila memang gen yang dituju hanya ada 88
pada sumber tersebut. Persilangan kerabat sang at jauh biasanya menghadapi masalah barier persilangan. 2. Tingkat ploidi: untuk transfer gen interspesifik maka tingkat ploidi yang paling efisien adalah tingkat diploid, karena pada tingkat poliploidi sifatsifat yang tidak dikehendaki akan hilang dari populasi dengan proses yang lambat. 3. Tingkatan, stabilitas dan pewarisan sifat-sifat yang dituju: para pemulia menghendaki agar sifat yang dituju memiliki tingkatan yang tinggi, stabilitas yang besar dan pewarisannya sederhana. Sifat resistensi terhadap hama atau penyakit dengan pewarisan sifat yang sederhana dan tingkat resistensi tinggi biasanya terkait dengan instabilitas dari resistensi tersebut sedangkan resistensi yang mantap sulit ditangani karena genetiknya adalah poligenik.
FAKTOR PENTING DALAM PERSILANGAN Untuk meningkatkan keberhasilan hibridisasi buatan, hal-hal penting yang diperhatikan adalah (1) pemilihan tetua dalam hubungannya dengan tujuan dilakukannya persilangan, (2) pengetahuan tentang morfologi dan metode reproduksi tanaman, (3) waktu tanaman bunga (waktu bunga mekar/tanaman berbunga), dan (4) keadaan cuaca saat penyerbukan.
Pemilihan Tetua Ada . lima kelompok sumber plasma nutfah yang dapat dijadikan tetua persilangan yaitu: (a) varietas komersial, (b) galur-galur elit pemuliaan, (c) galur-galUf~.pemuliaan dengan satu atau beberapa sifat superior, (d) spesles introduksi tanaman daD (e) spesies liar. Peluang menghasilkan varietas unggul yang ditujll akan menjadi besar bila tetua yang digunakan merupakan varletasvarietas komersial yang unggul yang sedang beredar, galur-galur murni tetua hibrida, dan tetua-tetua varietas sintetik. Varietas-varietas tersebut merupakan sumber plasma nutfah yang paling baik bagi sifat-sifat penting tanaman, dan pada umumnya para pemulia menggunakan sumber ini sebagai b8han tetua dalam programnya. Sudah barang tentu tetua-tetua yang digunakan memiliki latar belakang genetik yang jauh berbeda, bila tidak demikian maka peluang untuk memperoleh keragaman genetik sifat yang dituju pada populasi turunannya akan menjadi keeil. Para pemulia pada proses seleksi lanjut akan memiliki galur-galur elit yang membawa sifat-sifat unggul. Galur-galur tersebut pada. tabapan siap untuk dilepas sebagai varietas. Identifikasi sifat-sifat unggul pada galur-galur elit oleh para pemulia akan sangat bennanfaat bagi para pemulia sendiri. Penggunaan galur-galur elit tersebnt sebagai tetua akan meningkatkan seeara potensial kemajuan genetik per taboo. Pada umumnya galur-galur elit pemulia sangat terbatas untuk dapat dipertukarkan dan tergantung kepada kebijakan pemulia ataupun kepada kebijakan kelembagaan di mana pemulia bekerja.
89
Introduksi spesies-spesies yang ditanam juga merupakan sumber materi tetua yang sangat baik. Banyak pemulia menggunakan sumber materi tetua ini dalam program pemuliaannya. Spesies introduksi digunakan sebagai materi tetua karena memiliki sifat baik yang dituju, sekalipun memiliki sifat lainnya yang tidak baik. Sering dialami seorang pemulia gen atau gen-gen pengendali sifat yang dituju tidak dapat dijumpai, baik pada tanaman koleksi sendiri, koleksi nasional, maupun koleksi spesies'tanaman dunia pada. Dalam keadaan semacam itu para pemulia dapat mempertimbangkan kerabat-kerabat liar tanaman budidaya, yang tumbuh liar di berbagai pusat-pusat penyebaran di dunia, sebagai sumber gen. Ekspedisi untuk mencarinya perlu dilakukan. Pada umumnya spesies liar tersebut akan banyak memiliki sifat-sifat yang tidak disukai maJ11:/.sia, tetapi mungkin membawa gen-gen yang dituju, misalnya gen ketahanan terhadap hamalpenyakit, ketahanan terhadap lingkungan cekaman berat dan lain-lain. Penggunaan spesies liar sebagai salah satu tetua dalam program pemuliaan memerlukan pengetalluan dan teknologi hibridisasi interspesifik dan pengetahuan wilayah-wilayah sumber keanekaragaman plasma nutfah.
Pengeta/Juan tentang Organ Reproduksi dan Tipe Penyerhukan Untuk dapat melakukan penyerbukan silang secara buatan, hal yang paling mendasar dan yang paling penting diketahui adalah organ reproduksi dan tipe penyerbukan. Dengan mengetahui organ reproduksi, kita dapat menduga tipe pellyerbukannya, apakah tanaman tersebut menyerbuk silang atau menyerbuk sendiri. Karakteristik berikut dapat dijadikan acuan untuk menduga tipe penyerbukan tanaman: 1. Tanaman menyerbuk sendiri dicirikan oleh struktur bunga sebagai berikut: a. bWlga tidak: membuka b. walctu antesis dan reseptifbersamaan atau berdekatan c. butir polen luruh sebelum bunga mekar d. stamen dan pistil ditutupi oleh bagian bunga walaupun bunga telah mekar e. pistil memanjang segera setelah polen masak 2. Tanaman Menyerbuk silang dicirikan oleh strutur bunga sebagai berikut : a. secara morfologi, bunganya mempunyai struktur tertentu b. waktu antesis dan reseptifberbeda c. inkompatibilitas atau ketidaksesuaian alat kelamin d. adanya bunga monoecious dan dioecious Waktu Tanaman Berhunga Dalam ~elakukan pel'silangan harus diperhatikan: (1) penyesuaian waktu berpunga. Waktu tanam tetua jantan dan betina harus diperhatikan supaya saat anthesis dan reseptif. waktunya bersamaan, (2) waktu emaskulasi dan penyerbukan. Pada tetua betina waktu emaskulasi harus diperhatikan, seperti pada bunga kacang tanah' padi hams pagi hari, bila melalui waktu tersebut polen telah jatuh ke stigma. Juga waktu penyerbukan harus tepat ketika stigma reseptif. Jika antara waktu antesis bunga jantan dan waktu reseptif bunga betina tidak 90
bersamaan, maka perlu dilakukan singkronisasi. Caranya dengan membedakan waktu penanaman antara kedua tetua, sehingga nantinya kedua tetua akan siap
dalam waktu yang bersamaan. Untuk tujuan sinkronisasi ini diperlukan informasi tentang umur tanaman berbunga.
Gambar 1. Stamen dan pistil bung a tertutupi oleh struktur bunga pada tanaman menyerbuk sendiri. (A) kedelai, (B) kacang tanah, (C) kacang hijau, (D) kacang panjang. (Sumber: Syukur et al. (2009»
II
Gambar 2. Bunga monoecious dan dioecious pada tanaman menyerbuk silang. (A) Jagung, (B) Pepaya, (C) Semangka
Cuaca Saat Penyerbukan Cuaca sangat besar peranannya dalam menentukan keberhasilan persilangan buatan. Kondisi panas dengan suhu tinggi dan kelembaban udara terlalu rendah menyebabkan bunga rontok. Demikian pula jika ada angin kencang dan hujan yang terlalu lebat.
TEKNIK HIBRIDISASI BUATAN Pada garis besamya persilangan mencakup kegiatan (1) pershipan, (2) kastrasi, (3) emaskulasi, (4) Isolasi, (5) pengumpulan serbuk san, (6) penyerbukan dan (7) pelabelan. 91
Persiapan Sebagai persiapan untuk melakukan kastrasi dan penyerbukan silang perIu disediakan alat-alat antara lain: pisau keeil yang tajam, gunting keeil, pinset dengan ujung yang runeing, jarum yang panjang dan lurus, alkohol (75-85%) atau spiritus dalam botol keeil untuk mensterilkan alat-alat tersebut, wadah untuk tempat benang sari, sikat keeil untuk mengeluarkan serbuk sari dari benang sari, kuas untuk meletakkan serbuk sari di atas kepala putik dan kaea pembesar untuk memeriksa kebersihan kepala putik. Untuk membungkus bunga sebelum dan sesudah dilakukan penyerbukan dapat dipakai kantong dari kain, kelambu, kantong plastik yang telah diberi lubang-Iubang keeil untuk pemafasan (peredaran udara) atau isolatif, sesuai dengan ukuran bunga. Selain itu perIu disediakan label dari kertas yang tebal dan kedap air. Label-label tersebut diberi nomor umt menggunakan pinsil atau bolpoint yang tintanya tidak luntur karena air. Untuk keperluan penyerbukan silang antara jenis-jenis tertentu sebaiknya kertas label mempunyai wama tertentu, misalnya untuk persilangan A X B wama labelnya merah, untuk A X C wama labelnya putih, untuk D X B wamanya hijau dan seterusnya dengan wama lain.
Kastrasi Kastrasi adalah kegiatanmembersihkan bagian tanaman yang ada di sekitar bunga yang akan diemaskulasi dari kotoran, serangga, kuneup-kuneup bunga yang tidak. dipakai serta organ tanaman lain yang mengganggu kegiatan persilangan. Membuang mahkota dan kelopak juga termasuk kegiatan kastrasi. Kastrasi umwnnya menggunakan gunting, pisau atau pinset. Emaskulasi , Emaskulasi adalah kegiatan membuang alat kelaminjantan (stamen) pada tetua betina, sebelum bunga mekar atau sebelum terjadi penyerbukan sendiri. Emaskulasi terutama dilakukan pada tanaman berumah satu yang hermaprodit dan fertil. Cara emaskulasi tergantung pada morfologi bunganya. Beberapa metode emaskulasi yang umum digunakan adalah : . 1. Metode Kliping atau Pinset Pada umumnya kuneup bunga dibuka dengan pinset atau dipotong dengan: gunting, kemudian anter atau stamen dibuang dengan pinset. Cara ini mlidah' dilakukan pada tanaman yang bunganya relatif besar, misalnya cabai, kedelai, . tornat dan tembakau. Cara emaskulasi ini praktis, murah dan mudah dilakukan, namun kemungkinan rusaknya putik dan peeahnya antersangat besar, sehingga terjadinya penyerbukan sendiri sangat besar. A,dapun eara melakukan emaskulasi menggunakan metode ini adalah sebagai ·berikut: a.Setelah dipilih bunga yang akan digunakan sebagai betina, bagian ujung kuneup bunga dipotong dengan pisau silet atau gunting, sehingga kepala putiknya kelihatan jelas dari atas. Pekerjaan ini harus dilakukan dengan hati-hati jangan sampai putiknya turut terpotong atau rusak.
92
Gambar 5. Berbagai cara penyerbukan buatan. (A) menggunakan kuas, (B) menggunakan pinset, (C) mengguncangkan bunga jantan di atas bunga betina. (Sumber: Yunianti (2007), Syukur et al (2009»
PENDETEKSIAN KEBERHASILAN PERSILANGAN BUATAN Keberhasilan suatu persilangan buatan dapat dilihat kira-kira satu minggu setelah dilakukan penyerbukan (Gambar 6). Jika calon buah mulai membesar dan tidak rontok maka kemungkinan telah terjadi pembuahan. Sebaliknya, jika calon buah tidak membesar atau rontok maka kemungkinan telah terjadi kcgagalari. pembuahan. Keberhasilan penyerbukan buatan yang kemudian diikuti oleh pembuahan dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah kompatibilitas tetua, ketepatan waktu reseptif betina dan antesis jantan, kesuburan tanaman serta faktor lingkungan. Kompatibilitas tetua terkait dengan gen-gen yang terkandung pada tetua jantan dan betina. Waktu reseptif betina dan antesis jantan dapat dilihat ciri morfologi bunga. Bunga yang terbaik adalah bunga yang akan mekar pada hari tersebut. Sementara itu,faktor lingkungan yang berpengaruh pada keberhasilan persilangan buatan adalah curah hujan, cahaya mahatari, kelembaban dan suhu. Curah hujan dan suhu tinggi akan menyebabkan rendahnya keberhasilan persilangan buatan. Pada persilangan buatan tanaman hermaprodit atau juga tanaman lainnya, biji yang dihasilkan belum tentu merupakan hasil persilangan buatan. Bisa jadi biji tersebut merupakan hasil selfmg (untuk bunga hermaprodit) atau hasil persilangan tanaman lain (karena proses isolasi yang tidak sempurna). Hal tersebut dapat dideteksi dengan bantuan penanda, baik berupa penanda morfologi maupun penanda molekuler. Sifat kualitatif tanaman dapat digunakan sebagai penanda Sebagai contoh buah muda cabai ada yang berwana hijau tua, hijau muda, !cuning atau atau ungu. Buah muda cabai dapat digunakan sebagai penanda morfologi. Jika cabai dengan buah berwama hijau tua disilangkan dengan cabai dengan buah berwama ungu maka akan menghasilkan F 1 dengan buah berwarna ungu (Gambar 7a). Jika buah FI yang dihasilkan tidak berwarna ungumaka kemungkinan terj~di sel:ting atau penyerbukan dari serbuk sari cabai lain. Hal yang sama dapat digunakan tmtuk penanda molekuler. Gambar 7b. memperlihatkan bahwa dengan menggunakan penanda molekuler, cabai FI merupakan hasil persilangan antara tetua betina dengan tetuajantan.morfologi.
96
Pada biji tanaman yang ada pengaruh metaxenia seperti jagung, keberhasilan persilangan buatan sudah dapat dideteksi tanpa menanarn Fl . Jagung yang seharusnya mempunyai warna biji putih jika diserbuki dengan serbuk sari jagung dengan warna biji kuning akan berwarna kuning. Contoh lain adalah jagung manis jika diserbuki oleh jagw1g tidak manis akan menghasilkan biji-biji yang tidak manis.
Gambar 6. Persilangan Luatan yang berhasil. (A) Buah c,abai 1 minggu setelah penyerbukan: (B) Buah semangka 5 hari setelah penyerbukan (Sumber: Syukur et al (2009».
Gambar 7. Identiflkasi keberhasilan persilangan. (A) menggunakan penanda morfologi, (B) menggunakan penanda molekuler. (Sumber: Sujiprihati et al (2008), Syukur et al (2009»
DAFTAR PUSTAKA
")
. Sujiprihati, S., M. Syukur, dart R. Yunianti. 2008. Pemuliaan tanarnan. Bagian Genetika dan Pemuliaan Tanarnan. Departemen Agronomi dan Hotikultura IPB . Bogor. 356 hal. Syukur, M., S. Sujiprihati, dan R. Yunianti. 2009. Teknik pemuliaan tanarnan. Bagian Genetika dan Pemuliaan Tanaman. Departemen Agronomi dan Hotikultura IPB. Bogor. 284 hal. 97
Yunianti, R. 2007. Analisis Genetik Pewarisan
Sifat Ketahatian Cabai
(Capsicum annuum L.) terhadap Phytophthora capsid Leonian. Disertasi. Sekolah Pascasarjana, IPB. Bogor. 125 hal.
98
