KONSEP MODUL PROSES PEMBELAJARAN PADA SEMESTER IV
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN
TAHUN AJARAN 2012
Mata kuliah : Rekayasa Tanaman III
Materi Pembelajaran : Prosedur Pemuliaan Mutasi
Pola Pembelajaran : SCL
Metode Pembelajaran : Studi kasus, small group discussion.
Program Studi : Agroteknologi
Jumlah Mahasiswa : per kelas @ 40 – 44 orang
SKS : 3 (2-1) SKS
A. PENDAHULUAN
Mutasi merupakan salah satu pendekatan pemuliaan yang berguna untuk meningkatkan keragaman genetik. Pengaruh mutagen fisik atau kimia pada generasi pertama (M1 atau M1V1) dapat menyebabkan: (1) kerusakan fisiologis (Physiological damage); (2) mutasi gen (gene mutation); (3) mutasi kromosom (chromosomal mutation). Kerusakan fisiologi terjadi pada generasi pertama saja, sedangkan mutasi gen dan kromosom diwariskan dari generasi pertama ke generasi berikutnya. Penggunaan mutagen yang diharapkan adalah kerusakan fisiologis yang rendah dan mutasi gen atau kromosom yang kuat. Pengaruh tersebut di atas sangat tergantung dari penggunaan dosis mutagen.
Kerusakan fisiologis pada generasi pertama dapat diukur secara kuantitatif, yaitu: (1) Tinggi bibit setelah benih dikecambahkan di laboratorium;(2) panjang akar; (3) survival; (4) jumlah tandan bunga per tanaman; (5) jumlah bunga per tandan; (6) jumlah buah/biji per tanaman. Kerusakan fisiologis pada daun dapat diamati juga bentuk dan warna daun yang mengalami defisiensi klorofil.
Program pemuliaan mutasi meliputi pemilihan mutagen (fisik atau kimia), metode aplikasi (akut atau kronik), dosis yang optimum, tahaf perkembangan fisiologi materi tanaman (dorman atau pertumbuhan), bagian tanaman atau jaringan yang diperlukan (mata tunas, setek, jaringan, nuselus, zigot atau embrio) dan teknik penanganan materi yang diradiasi dan seleksi pada generasi selanjutnya.
Pada umumnya bagian tanaman yang dapat diinduksi mutasi adalah biji atau tepung sari, sedangkan tanaman yang diperbanyak secara vegetatif seperti tuber, bulb, corm, dorman cutting, graft, bud stolon dan rhizom. Penggunaan mutagen fisik (iradiasi) dan kimia dapat digunakan pada semua bahan tanaman tersebut. Pada umumnya penggunaan iradiasi lebih efektif dalam menghasilkan mutasi dibandingkan mutagen kimia. Mutagen fisik penetrasinya lebih kuat dibandingkan mutagen kimia.
Prosedur Pemuliaan Tanaman yang diperbanyak dengan biji
Prosedur pemuliaan mutasi untuk tanaman yang diperbanyak dengan biji, yaitu: (1) menetapkan karakter yang akan dikembangkan seperti: peningkatan hasil, induksi
marker morfologi (warna, bentuk dan ukuran), induksi mandul jantan atau pemulihan kesuburan yang berguna dalam pembuatan hibrida dan adaptasi genotype terhadap lingkungan dan lain-lain;
(2) Seleksi tetua yang ingin dikembangkan, tetua yang akan dikembangkan sebaiknya memiliki banyak keunggulan, namun satu atau dua karakter yang memiliki kelemahan, sehingga seleksi terhadap karakter yang akan diperbaiki relative lebih mudan;
(3) Sumber benih harus homogen berasal dari kultivar yang akan dikembangkan dan tidak boleh bercampur dengan kultivar lain, perlakuan mutagen pada benih sebaiknya menggunakan lebih dari satu dosis dan kontrol sebagai pembandingnya untuk melihat pengaruh mutagen.
(4) Penanganan benih setelah mendapatkan perlakuan mutagen, sejumlah benih ditanam untuk melihat persentase survival/daya kecambah, tinggi tanaman atau panjang akar pada tanaman generasi M1 dengan menguji di laboratorium/lapangan.
Pada tahap ini dapat dievaluasi LD50 dengan menggunakan grafik untuk melihat optimasi dosis mutagen.
(5) Penangan tanaman generasi M1, benih M1 harus ditanam di greenhouse atau lapangan. Isolasi tanaman generasi M1 sangat penting untuk menghindari penyerbukan dari genotip lain. Penyerbukan sendiri sangat penting untuk menghasilkan benih generasi M2, pada generasi ini sering terjadi tingkat viabilitas polen rendah (steril).
(6) Metode seleksi akibat perlakuan mutagen sama halnya dengan hibridisasi. Tanaman generasi M1 atau F1 genetiknya sama, yaitu lokusnya heterosigous. Namun perbedaanya di antara tanaman generasi M1 secara secara genetik berbeda, sedangkan semua tanaman generasi F1 genetiknya sama jika berasal dari persilangan galur murni/inbred. Metode seleksi dapat dilakukan dengan metode silsilah (pedigree), bulk, single gene descent dan pengujian generasi awal (early generating testing).
Metode Pedigree
Musim 1: Tanaman generasi M1 ditumbuhkan dan dipanen secara individu tanaman
Musim 2: Benih progeny generasi M2 ditumbuhkan dari masing-masing tanaman
generasi M1. Selanjutnya diseleksi berdasarkan karakter yang diinginkan.
Musim 3: Benih progeni generasi M3 dari tanaman M2 (M2:3) yang terseleksi ditanam dalam barisan yang memiliki fenotipik mutan yang diharapkan dan seragam dalam karakter lain, selanjutnya dipanen dan dibulk.
Musim 4: Penampilan galur M2:4 uniform dievalusi dengan menggunakan tata ruang dan relpikasi terhadap karakter yang diharapkan.
Musim 5: Galur mutan yang diuji dan terpilih dapat direlease sebagai kultivar baru atau digunakan sebagai tetua.
Metode Bulk
Musim 1: Tanaman M1 ditumbuhkan dan benih M2 di panen dan dibulk sebagai populasi bulk.
Musim 2: Benih M2 dari musim 1 ditanam, individu tanaman M2 dapat dipanen untuk pengujian pada musim 3 atau semua tanaman dipanen dan dibulk.
Musim 3: progeny M3 dari individu tanaman M2 ditanam dan diseleksi di dalam dan di antara populasi tanaman M3.
Musim 4: Setelah ditemukan galur yang diharapkan, maka digunakan sebagai kultivar atau tetua.
Prosedur pemuliaan mutasi yang diperbanyak secara vegetatif
Keberhasilan suatu program pemuliaan tanaman membiak vegetatif atau tahunan tergantung kepada kemampuan mengenali genotipe yang diinginkan dan akan dikembangkan. Perlakuan dorman bud secara in vitro sebelum ditumbuhkan atau perlakuan meristem in vitro dengan mengurangi jumlah sel dapat meningkatkan frekuensi mutasi atau mutasi sektor. Situasi kimera sektoral atau meriklinal terjadi pada tunas lateral sepanjang perkembangan tunas dari bakal tunas yang diberi perlakuan (pertumbuhan M1V1). Distribusi mutasi somatik lebih sering diperoleh dari basal daun tunas lateral dari tunas muda. Pada pohon buah-buahan dengan dominansi apikal observasi dapat dicapai melalui sistem pruning atau cutting back tunas utama, dengan demikian kekuatan bakal tunas daerah basal akan pecah. Pada sweet cherry frekuensi mutasi induksi yang lebih tinggi ditemukan pada bakal tunas yang di grafting (kelima atau keenam) pada dasar utama tunas (M1V1) (Donini et al., 1990).
Iradiasi pada embrio satu sel zigot akan menghasilkan mutan utuh (solid) pada tanaman apel apomiktik. Mutan solid berasal dari jaringan nuselar yang diiradiasi sebelum pembentukan embrio seperti pada jeruk. Pada mutasi utuh (solid) terjadi pada satu tingkat sel, sedangkan jaringan meristem apikal biasanya terdiri atas sejumlah sel seperti epidermis (L1), sub-epidermis (L2) dan sel-sel lainnya (L3) yang masing-masing mempunyai sejumlah sel meristematis. Apabila terjadi mutasi pada sel yang membelah di jaringan meristem apikal, maka biasanya akan diperoleh keturunan sel-sel yang bermutasi dan sel-sel yang tidak bermutasi yang menghasilkan mutasi kimera. Dimensi mutasi yang terjadi pada jaringan ini tergantung kepada posisi sel yang bermutasi, jumlah total sel apikal yang sedang membelah, dan kekuatan sel yang mengalami mutasi. Kimera adalah jaringan tanaman yang mengandung sel-sel yang bermutasi dan sel-sel normal sehingga memiliki konstitusi genetik yang berbeda. Pada kebanyakan kasus, pembentukan kimera menghasilkan kimera meriklinal atau kimera sektoral.
B. KOMPETENSI YANG DIHARAPKAN
(1) Mahasiswa dapat memahami prosedur pemuliaan mutasi tanaman.
(2) Mahasiswa dapat menjelaskan dan menerapkan prosedur pemuliaan mutasi beserta contohnya.
D. BAHAN PUSTAKA WAJIB
Chaudhary HK. 1971. Elementary Principles of Plant Breeding, Oxford & IBH Publishing Co. New York.
Fehr, W.R. 1987. Principles of Cultivar Development. Macmillan Publishing Company. New York.
Micke A, Donini B. 1993. Induced mutation .In: Plant Breeding Principles and Prospects (Eds. M.D. Hayward, N.O. Bosemark and I. Romagosa ). Chapmant and Hall. London.
Donini B, Mannino P, Ancora G. 1990. Mutation breeding programmes for the genetic improvement of vegetatively propagated plant in Italy. In: Plant Mutation Breeding for Crop Improvement. Proceeding. of an International Symposium organized by IAEA – FAO Vienna, 18 – 22 Juny 1990.
Poehlman JM, Sleper DA. 1995. Breeding Field Crops. Iowa State University Press. Ames.
E. KEGIATAN MAHASISWA PER KELOMPOK
- Setiap kelompok membahas tentang studi kasus pemuliaan mutasi
- Setiap kelompok membuat simulasi terjadinya dan pemuliaan mutasi
pada tanaman
