2. Pemuliaan Tanaman untuk Lingkungan
Bercekaman di Pulau-pulau Kecil
9 Juni 2020
Departement of
Agronomy and Horticulture
Faculty of Agriculture
Trikoesoemaningtyas
WEBINAR
PEMULIAAN TANAMAN UNTUK SISTEM PERTANIAN
BERKELANJUTAN DI PULAU-PULAU KECIL
3. PENDAHULUAN
Kondisi Lingkungan Tumbuh
Sub Optimal
Cekaman
Penurunan hasil
Sistem
Pertanian
Kepulauan
Minimum
tillage
Tumpang
sari
Bermasukan
rendah
Cekaman (stress) : Keadaan lingkungan yang
menimbulkan perubahan pada
proses tumbuh kembang tanaman
4. Interaksi antar cekaman lingkungan : Perubahan iklim
Cekaman iklim
Cekaman lain
Modifikasi
Cekaman Ganda
-Suhu tinggi
-Peningkatan CO2
-Ketersediaan air
-Kesuburan
-Salinitas
-Keracunan hara
-Naungan
5. Pengaruh Cekaman Lingkungan Abiotik : Tumpang sari
Monokultur : 568.28 Kal cm-2 hari-1
Tumpangsari : 416.98 Kal cm-2 hari-1
13.52
9.62
0
5
10
15
Monokultur Intercropping
Bobot
biji/tanaman
(g)
Bobot biji /tanaman (g) kacang hijau pada dua tipe budidaya
(rata2 dari 10 genotipe)
Penurunan laju fotosintesis
6. Pengaruh Cekaman Lingkungan Abiotik : defisiensi hara
44.77
50.78
16.18
37.08
0
10
20
30
40
50
60
B69 Numbu
Bobot
biji/tanaman
(g)
P Cukup P Rendah
B69 P cukup B69 P rendah
7. Perbedaan antara hasil rata-rata di plot percobaan besar dengan hasil dari 10% petani di
lahan optimum ( gap 1) dengan hasil rata-rata dari petani di lahan sub optimum (gap2).
Yield gap
GYP EYP FYP AY
gap1
gap2
1. Lingkungan dan faktor yang tidak dapat dipindahkan (non-
tansferable environmental factors)
2. Perbedaan budidaya (input dan budidaya suboptimum)
8. Keragaan Varietas pada Lingkungan Sub Optimum
O S O S
Varietas Unggul Nasional
Varietas lokal
Varietas Unggul Nasional
Varietas lokal
O S
Varietas Unggul Nasional
Varietas Toleran
Varietas Toleran : Varietas/genotipe yang mampu mempertahankan
pertumbuhan dan hasil pada kondisi tercekam
9. Pendekatan
Bermasukan Tinggi
(high input approach)
Pendekatan
Bermasukan Rendah
(low input approach)
Perbaikan
Lingkungan
Teknik
Budidaya
Biaya tinggi
bagi petani
Perbaikan
adaptasi
tanaman
Pemuliaan
Tanaman
Biaya rendah
bagi petani
vs
Pendekatan pada lingkungan sub-optimum
Varietas toleran cekaman
lingkungan abiotik
10. Lingkungan Optimum
Ragam Lingkungan Rendah
Ragam Genetik Tinggi
Seleksi Berdasarkan Hasil
Perbaikan potensi
hasil/kualitas
Lingkungan Bercekaman
Ragam Lingkungan Tinggi
Ragam Genetik Rendah
Seleksi Berdasarkan
Karakter Adaptasi
Perbaikan Adaptasi/toleransi
11. Pemuliaan untuk Lingkungan Bercekaman
Kendala
Kurangnya pemahaman
Mekanisme toleransi
Kurangnya pemahaman dasar
genetik karakter toleransi
Rendahnya kemajuan genetik
Studi Fisiologi Mekanisme
Toleransi Cekaman Abiotik
Studi Genetik Karakter
Mekanisme Toleransi
Pemilihan Materi Genetik
Pemilihan Lingkungan
Seleksi
Pemilihan Kriteria Seleksi
12. Pemuliaan untuk Lingkungan Bercekaman
1. Keragaman Genetik
2. Karakterisasi Lingkungan Target
3. Mengembangkan Karakter Seleksi
4. Mengembangkan Metode Seleksi
13. 1. Ketersediaan Keragaman Genetik
Keragaman genetik untuk karakter toleransi atau hasil pada kondisi
tercekam
Genotipe toleran
1. Mampu mempertahankan pertumbuhan dan hasil di lingkungan
bercekaman
2. Mempunyai mekanisme toleransi
3. Mempunyai gen/alel yang mengendalikan karakter toleransi
Evaluasi keragaman dilaksanakan di dua lingkungan , optimum dan
tercekam atau di lingkungan tercekam saja
Perlu dilakukan pendugaan nilai ragam genetik atau heritabilitas arti
luas
14. Contoh : Evaluasi keragaman toleransi naungan
• Toleransi naungan atau toleransi cekaman intensitas cahaya rendah penting pada
varietas untuk tumpang sari atau alley cropping
0
5
10
15
20
Bobot
biji/tanaman
(g)
Genotipe
MH-M MH-I
Karakter
MH-M MH-I
σ2
g h2
bs σ2
g h2
bs
Bobot biji 9.99 81.18 6.44 85.05
Marwiyah, 2020
15. Contoh : Evaluasi Toleransi Defisiensi Hara P
P cukup
P rendah 0
10
20
30
40
50
60
70
Bobot
Biji/tanaman
(g) Galur
P cukup P rendah
Karakter
P cukup P rendah
σ2
g h2
BS σ2
g h2
BS
Bobot biji malai-1 (g) 0.54 0.77 0.43 0.62
Momongan, 2017
17. 3. Mengembangkan kriteria seleksi
Untuk mengembangkan kriteria seleksi yang tepat diperlukan dua
kegiatan pre-breeding yaitu
1. Studi Fisiologi Adaptasi
2. Studi Genetik Karakter Adaptasi
Studi Fisiologi Adaptasi bertujuan untuk mengidentifikasi karakter-
karakter yang mendukung pada adaptasi terhadap lingkungan
bercekaman (mekanisme toleransi)
Studi Genetik bertujuan untuk memperoleh informasi aksi gen yang
mengendalikan karakter adaptasi dan pola pewarisannya
18. 3.1. Studi Fisiologi Adaptasi
• Mengidentifikasi karakter adaptasi yang dapat dijadikan sebagai
karakter seleksi sekunder selain karakter hasil
• Karakter yang teridentifikasi, dikelompokan menjadi karakter yang
konstitutif atau induceable
• Karakter konstitutif : karakter ini terekspresi walaupun tidak ada
cekaman, berperan dalam toleransi tanaman
• Karakter induceable : karakter ini hanya muncul jika ada
cekaman
19. Contoh karakter adaptasi /mekanisme toleransi
Karakter konstitutif Karakter induceable
Intensitas cahaya 100%
Intensitas cahaya 50%
Seleksi : di lingkungan optimum Seleksi : di lingkungan bercekaman
+P -P
Akar proteoid
Agustina (2009) La Muhuria (2006)
20. Trait-based Selection
Yield based selection
• Hasil adalah karakter yang
komplek dikendalikan banyak
gen
• Di lingkungan bercekaman
ragam lingkungan tinggi
• Nilai heritabilitas karakter hasil
rendah
• Kemajuan seleksi rendah
Trait-based selection
• Karakter adaptasi/mekanisme
toleransi dikendalikan sedikit
gen
• Nilai heritabilitas lebih tinggi dari
hasil di lingkungan bercekaman
• Kemajuan seleksi lebih tinggi
disbanding seleksi berbasis hasil
21. 3.2. Studi Genetik/Pewarisan sifat : Defisiensi P
Karakter
Parameter genetik
Aksi gen h2
bs
h2
ns
Tinggi Tanaman Duplikat epistasis 0.9066 0.7208
Bobot biji/malai Duplikat epistasis 0.6539 0.2811
Bobot 1000 butir Dominan 0.8385 0.5892
Panjang tajuk Duplikat epistasis 0.4522 0.3586
Panjang akar Duplikat epistasis 0.5468 0.1210
Bobot tajuk Duplikat epistasis 0.5468 0.4591
Bobot akar Duplikat epistasis 0.5202 0.4100
Populasi 6 generasi (P1, P2 , F1, F2, BCP1, BCP2)
tanah masam
kultur hara
Generation mean analysis
(Sumiyati, 2010)
22. Tahapan Pemuliaan di Lingkungan Bercekaman
Selection &
Hybridization
Segregating
population
Selection
- Direct : economic
yield
- Indirect :
secondary
characters
Characterization of limiting
factors in production environment
Candidate characters
For selection criteria
Tolerant
Breeding lines
Identification
of selection
environment
Genetic
Variability in
the population
Genetic
variability
Introgression
Evaluation of
secondary characters
NO
Yes
Yes
NO
Breeding Program
Pre Breeding
1
2
3
4
24. Penggaluran cepat : Single Seed Decent
Recombinant Inbred Lines
(Insan, 2014)
25. • Urea 150 kg ha-1
• SP-36 100 kg ha-1
• KCL 100 kg ha-1
• Urea 150 kg ha-1
• SP-36 29 kg ha-1
• KCL 100 kg ha-1
3. Seleksi di Lingkungan Target
P cukup P rendah
1. Stress Tolerance Index (Fernandez, 1992)
STI = (YS)(YN)/(YN)2
2. Stress Sensitivity Index (Altuhaish (2014))
𝑆𝑆𝐼 = 1 − 𝑌 𝑠 𝑌 𝑛 1 − 𝐷
27. Keragaan galur toleran
B69/N-286-6 tolerant B69/N-110-6 sensitive
264.96
295.99
152.13
40.55
0
50
100
150
200
250
300
350
B-69/N 28-6-6 (T) B-69/N 110-6 (S)
PUE
(mg
DW/mg
P)
Inbred Lines
Suffienct P Low P
286-6 P sufficient 286-6 P low
(Andini, 2019)
28. Upaya Meningkatkan Efektivitas Program Pemuliaan di
Lingkungan Bercekaman
• Efektivitas Program Pemuliaan diukur dari besarnya kemajuan genetik
dari karakter yang diperbaiki
1. Keragaman genetik yang tinggi
2. Pemilihan lingkungan seleksi yang tepat
3. Phenotyping yang akurat dan presisi
4. Pemanfaatan marka molekuler
29. PENUTUP
• Kondisi lingkungan yang sub optimum berpotensi menimbulkan
cekaman abiotik dan menyebabkan kehilangan hasil
• Pemuliaan untuk perbaikan toleransi terhadap lingkungan cekaman
abiotik dapat mengurangi kehilangan hasil dengan biaya yang rendah
bagi petani
• Pemuliaan untuk lingkungan bercekaman memerlukan informasi
karakter toleransi, aksi gen yang mengendalikan dan pola
pewarisannya
• Seleksi di lingkungan target dengan kriteria seleksi yang tepat dapat
meningkatkan efektivitas program pemuliaan di lingkungan
bercekaman
30. Ucapan terima kasih
1. Tim Peneliti Sorgum Departemen AGH IPB
2. Mahasiswa S2 dan S3 PS AGH dan PS PBT
3. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi-RI
