11. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kemasaman 'bnah dan Keracunan Aluminium

'Emah masam berkembang pada horizon-horizon yang kadar ketersediaan

basanya pada larutan tanah akibat pelapukan mineral primer atau sumber lain lebih

sedikit dibandingkan dengan tingkat pencuciannya (Van Wambeke, 1979; Clark,

1982). Ditegaskan oleh Soepardi (1978) bahwa kemasaman tanah merupakan hasil

akhir dari curah hujan yang tinggi yang diikuti dengan intensitas hancuran yang

tinggi juga. Dalam ha1 ini, selama proses hancuran berlangsung basa-basa dari

mineral primer dibebaskan dan tercuci keluar dari profil tanah oleh air hujan yang

mengikutiny a.

Kussow (1971) menyatakan bahwa sumber kemasaman tanah bergantung

pada pHnya. Pada tanah yang mempunyai pH kurang dari 5.5, aluminium dalam

berbagai bentuk merupakan sumber utarna dari kemasaman. Pada tanah yang amat

masam (pH kurang dari 4.5) sejumlah ion ~ l ~ + menempati tempat pertukaran,

sedangkan pada pH antara 4.5 sampai 5.5 aluminium berada dalam bentuk hidroksi

monomerik atau menjadi bentuk kompleks dengan bahan organik.

Kemasaman tanah dapat mengubah populasi dan aktivitas jasad mikro yang

berperan dalarn transformasi N, S clan P dalam tanah, sehingga secara tidak langsung

akan mempengaruhi ketersediaan unsur-unsur tersebut bagi tanaman. Disamping itu

tanah masam biasanya mempusyai kapasitas tukar basa yang rendah tetapi kapasitas

pencuciannya tinggi. Kemasaman tanah meningkatkan ketersediaan unsur-unsur Mn

dan Al. Unsur-unsur ini dapat merupakan racun bagi tanaman (Soepardi, 1978).

Sementara itu Sanchez (1976) menyatakan bahwa pertumbuhan tanaman yang buruk

pada tanah rnasam berkaitan dengan kejenuhan A1 yang tinggi. Adapun pH saja

tidak berpengaruh bagi pertumbuhan tanaman, kecuali bila kurang dari 4.2. Dalam

ha1 ini, ketidaksuburan tanah masam mencakup keracunan aluminium, kekahatan P,

Ca, Mg dan keracunan Mn.

Gejda keracunan aluminium tampak pada keadaan perakaran dan bagian atas

tanaman (tajuk) yang merana. Reid (1976) menyatakan bahwa pada tanaman serea-

lia, gejala keracunan aluminium adalah : akar lambat memanjang, menebal dan tidak

bercabang secara normal, ujung akar rusak dan berwarna coklat serta akar adventif

tumbuh selama tajuk masih hidup. Sunarto (1984) yang menguji daya ketenggangan

galur kedelai terhadap keracunan aluminium, mendapatkan bahwa kemasaman tanah

yang tinggi berpengaruh terhadap bobot kering tajuk dan panjang akar, namun tidak

berpengaruh terhadap bobot kering akar. Adapun Samad (1980) yang bekerja pada

tanaman padi gogo, mendapatkan bahwa jumlah anakan dan bobot kering tajuk

terganggu oleh kemasaman tanah yang tinggi, sedangkan bobot akar dan nisbah

tajuk-akar tidak terganggu.

2.2. Keragaman dan Seleksi Tanaman ke arah Ketenggangan terhadap Keracunan Aluminium

Devine (1982) menyatakan bahwa salah satu prasyarat untuk melakukan

perbaikan genetik adalah tersedianya keragaman genetik untuk ciri yang dikehen-

daki. Keragaman itu dapat berasal dari varietas budidaya, spesies liar atau dari

spesies lain yang berdekatan.

Adanya keragaman genetik untuk karakter ketenggangan terhadap keracunan

aluminium dan pH rendah pada berbagai tanaman telah ditemukan sejak lama.

WrigM clan Ferrari (1976) menemukan adanya perkdaan tanggap tanaman terha-

dap kefarutan ion aluminium tinggi dan kondisi pH tanah rendah pada tanaman serea-

lia seperti : barley, gandum, rye, triticale, padi, jagung, sorghum, millet dan oats

serta tanaman legurn seperti : kedelai dan alfalfa.

Upaya untuk menyaring atau menyeleksi jenis-jenis tanaman tenggang Al dan

pH rendah tersebut dari alam sudah dilakukan oleh banyak peneliti. Demikian pula

upaya untuk mengetahui pola pewarisannya secara genetik sudah dipelajari. Foy et

al. (1965) menguji daya ketenggangan 227 varietas gandum terhadap keracunan A1

dan mendapatkan tanggap yang beragam antar varietas. Diduga ketenggangan

tanaman gandum tersebut terhadap keracunan A1 dikendalikan oleh satu atau dua gen

utama (major gene) dan beberapa gen peubah (modifier gene) yang pola pewarisan-

nya tidak sederhana (Kerridge dan Kronstad, 1968) . Van Essen dan Dantuma

(1962) mendapatkan sebanyak 61 varietas tanaman barley yang tenggang terhadap

kondisi pH tanah rendah dari 670 varietas yang diseleksi.

Pada tanaman jagung Lutz et al. (1971) menguji sejumlah galur inbred

(inbred line) dan hibrida silang tunggal pada tanah sangat masam (pH =. 3.9).

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa tinggi tanaman dan produktivitasnya

sangat beragam diantara galur-galur yang diuji. Berdasarkan hasil studi Gorsline

et al. (1964 dan 1968) ditegaskan bahwa perbedaan tanggap tanaman tersebut

bersifat genetik dan dikendalikan oleh paling sedikit dua gen utama dan satu atau

lebih gen pendamping (minor gene). Dengan demikian, potensi genetik di alam

untuk menyeleksi tanaman-tanaman yang tenggang terhadap keracunan A1 relatif

tersedia cukup besar, walaupun seringkali terkait dengan tingkat kemampuan

produksi dan kualitas hasil yang kurang memuaskan, sehingga diperlukan suatu

strategi pemuliaan yang mampu mematahkan kaitan gen tersebut serta mendorong

rekombinasi baru yang menguntungkan (Hallauer, 1981).

2.3. Mekanisme Serapan Al oleh Tanaman dan Ketenggangan Tanaman terhadap Keracunan Aluminium

Menurut Sanchez (1976) tanaman yang tenggang terhadap aluminium biasa-

nya memiliki kriteria sebagai berikut: (1) akar sanggup untuk tumbuh terus dan

ujungnya tidak rusak, (2) A1 sedikit yang ditranslokasikan ke bagian atas tanaman

karena sebagian besar ditahan di akar, (3) ditambahkan oleh peneliti lain bahwa ta-

naman mempunyai berbagai cara untuk menetralisir pengaruh racun A1 setelah dise-

rap tanaman (Fitter dan Hay, 1981).

Aluminium hanya dapat disetap oleh akar dalam bcntuk ian, Dal81il h@l in1

terbentuknya ion A1 sangat bergantung pada keadaan pH tanah (McLcnn, 1978).

Ion A1 hanya dapat terbentuk pada pH rendah dimana terdapat kelebiha~ ion H+,

sedangkan pada kondisi basa aluminium akan mengendap sebagai Al(OH) + +. Kesetimbangan yang terjadi dapat dilukiskan sebagai berikut :

Al+** + H20 Al(OH)++ + H+

Wagatsuma et al. (1987) menyatakan bahwa urutan dart keterngg&ngan

terhadap A1 diantara spesies-spesies tanaman pada umumnya sejalan dengan perbe-

daan ketenggangan dari plasmalemma sel akar terhadap A1 , semakin kuat plama-

lemma sel akan semakin tenggang tanaman tersebut terhadap Al, Sebaliknya,

semakin lemah plasmalemmanya lnaka tanaman akan semakin peka terhadap ke-

racunan Al. Dalam ha1 ini, plasmalemma dari set akar berfungsi sebagai penghalang

(barrier) terhadap penembusan pasif dari A1 lce dalam sitoplasma scthingga fungai

serta struktur sitoplasma secara metabolik dapat terpelihara.

Tempat ikatan utama dari A1 di dalam akar adalah senyawa pektat, asarn

malat dan asam transakonitat pada dinding wl (Suhsyda darl Ilnrrg, 1986), terutama

pada sel-sel epidern~je, aklotwlcrn~is dan endodertnis. Pada akar utuh kebanyakan Al

yang diserap dilokalisir di apoplasma dan plasmalemma, Bila plasmal&rnma ruw, maka A1 yang diserap akan terus masuk ke zsitoplnsma dari sel-sel akar dafl dilkat

oleh berbagai organel sel di dalaln sitoplasma, sehingga ujung akar akan tt~sbk

karena sejumlah besar dari A1 diakumulasikan di dalam sitoplasma ujun$ skar

(Gambar 1).

Mekanisme fisiologi dan biokimia yarig tepat pada tingkat seluler tantang

keracunan A1 atau ketenggangannya masih sukar dipahami, walaupun data tentang

pengaruh racun dari logam tersebut cukup banyak tersedia (Foy et al., 1978 dan

Haug, 1984). Dalam ha1 ini, mekanisme tersebut dapat berbeda antar species dan

varietas serta dikendalikan oleh gen yang berbeda,

Beberapa teorl mekanisme ketenggangan tanaman terhadap keracunan A1 dan

pH rendah secara fisiologi yang berkembang sa~t~pai wit ini sedikitnya ada 2 maam

yaitu:

(1) Tanaman mempunyai kemampuan untuk mengubah pH di daerah perakaran

dengan cara melringkatkan pH larutan hara sehingga kelarutan dan uksisitas A1

berkurang (Foy el al., 19671 MugwDra el al., 1976; Matrumoto ot al,, 19761

Foy dan Flemrning, 1978). Diduga kelrlampuan mengubah pH @rrebut b(3rh~.

bungan dengan mekanisme penyerapan anion dan kation oleh akat tanaman,

(2) Pembentukan komplek A1 dengan senyawa organik (asam sitrat) dm agsW fmctl

sehingga pengaruh racun dari A1 dapat dinetralkan (Madner, 1986).

Berdasarkan akurnulasi A1 di dalam tajuk, tanaman yang tenggang terhadap

A1 dapat dibagi sedikitnya ke dalarn 3 kelompok (Blum, 1988) yaitu:

(1) Kadar A1 dalam tajuk tidak nyata berbeda dengan tanaman yang peka, tetapi

akar tanaman yang tenggang A1 sering mengandung kadar A1 lebih rendah dad*

pada mmnan Yang peka.

(2) Ketenggangan terhadap A1 ditunjukkan dengan kadar A1 dalam tajuk yang lebih

rendah.

(3) Ketenggangan terhadap A1 secara langsung ditunjukkan oleh akumula~l A1 dalam

tajuk.

2.4. Seleksi In-vitro pada 'bnaman

Seleksi in-vitro untuk mendapatkan sel-sel tanaman yang tenggang tethadap

garam clan beberapa logam berat telah banyak dilakukan sejak beberapa tahun terak.

hir pada tanaman pertanian penting, Adapun seleksi untuk mendapatkan gel-sel

tanaman yang tenggang terhadap aluminium baru dilakukan pada tomat dan kentang

(Stavarek dan Rains, 1984), wortel (Ojima dan Ohira, 1982) serta sorghum

(Smith et al., 1983).

Kultur kalus dari dua kultivar tomat pada media yang meng8rlduog alunrinl-

um juga diuji oleh Meredith (1978). Kesimpulan yang diperoleh m~negukan biahws

kultur sel dapat digunakan untuk menyeleksi varietas yang berbeda ketenggmgan-

nya terhadap aluminium. Namun demikian, dari kultur kalus yang tengang terse-

but belum berhasil diregenerasikan menjadi tanaman utuh. DemiMan pula dengan

Ojima dan Ohira (1982), kalus wortel yang tenggang terhadap keracunan alumi-

nium sudah diperoleh namun upaya untuk menumbuhkannya menjadi tanaman

lengkap masih belum berhasil, Baru empat tahun kemudian (1986) etelah kottrpo-

sisi media regenerasi untuk menumbuhkan kalus wortel tenggang keracunidh A1

tersebut ditemukan, tanaman wortel tenggang A1 hasil regenerad diperoleh. Nrdmun

demikian evaluasi daya ketenggangannya terhadap kerolcunan A1 di iapang belum

dilakukan.

Melalui teknik kultut in-vltro ini terdapat dua ha1 yang berbetla kepentlng-

annya bagi pemuliaan tanaman, yaitu mcmpertahankan kestabilan genotipa dan me-

rangsang terbentukn ya kemgrrman genetik , Kestabilan genotipa dapat clicapai dengw

mendorong sesingkat mungkin fase pertumbu han talc berdiferensiasi (fase ltalus dm

sel bebas), sedangkan keragaman genetik dapat dicapai pada fase tak berdiferensiasi

yang relatif panjang. Sejumlah mutan diduga dapat terbentuk pada fase kalus dan

sel bebas, dan dari sini dapat diseleksi turunan yang sangat berguna bagi pemuliaan

tanaman (Wattimena dan Mattjik, 1991).

2.5. Induksi Kalus dan Regenerasi pada 'hnaxnan Jagung

Kultur jaringan jagung yang dilakukan dengan menggunakan kultur endo-

sperma pada awalnya ditujukan untuk penelitian-penelitian biokimia. Media yanlp

digunakan dikembangkan oleh Straus (1960). Dalam hal ini, induksi pembentukarl

kalus sudah berhasil diperoleh dengan menggunakan eksplan potongan tunas, embrio

mu& dan bunga muda (Green et al., 1974). Akan tetapi usaha untuk meregene-

rasikan kalus tersebut membentuk planlet masih mengalami kegagalan. Baru pada

tahun berikutnya, Green dan Phillips (1975) berhasil meregenerasikan tanaman

dari kultur kalus dengan menggunakan embrio muda yang ditumbuhkan dalam

media yang diberi hormon 2,4-D. Selanjutnya, Vasll et al. (1984) juga berhasil

mendapatkan kalus embriogenik melalui kultur suspensi sel dengan subkultur

(pemindahan kalus ke dalam media baru) yang dilakukan berulang-ulang. Dari

hail peneli tian tersebut disimpulkan bahwa frekuensi pembentukan kalus embrioge-

nik dipengaruhi juga oletr tipe eksplan dan tingkat perkembangan tanaman yang

digunakan sebagai sumber eksplan. Stadia embrio dan macam genatipa jagung yang

digunakan j uga berpengaru h terhadap kemampuan regenerasi tanaman tersebu t.

Beberapa genotipa tidak mempunyai daya regenerasi untuk metnbentuk planlet.

Sebaliknya, beberapa lainnya mempunyai kemampuan beregenerasi. Oleh Duncan

et al. (1985) ditegaskan bahwa pada kultur jaringan jagung terdapat potensi genetik

yang berbeda untuk tumbuh dan beregenerasi menjadi tanaman. Kemampuan rege-

nerasi untuk membentuk tanaman relatif sukar dicapai dan terbatas pada beberapa

genotipa saja (Rapela, 1985).

Green dan Phillips (1975) menunjukkan bahwa embrio jagung yang di-

ambil 18 hari sesudah polinasi mempunyai kemampuan regenerasi yang paling ting-

gi, sedangkan pengambilan embrio lewat dari 18 hari menyebabkan kemampuan

regenerasinya menurun. Adapun hasil studi yang dilakukan di Indonesia pada

beberapa genotipa jagung menunjukkan bahwa saat pengambilan embrio yang

terbaik pada saat 10 hari sesudah polinasi (Sutjahjo, 1991).

Tomes (1985) menjelaskan bahwa terdapat 2 macam kalus yang dapat terben-

tuk dalam kultur in-vitro suatu tanaman, yaitu: (a) kalus embriogenik dan (b) kalus

non-embriogenik, Kalus embriogenik (kalus G) adalah kalus yang rnempunyai po-

tensi untuk beregenerasi menjadi tanaman, baik melalui organogenesis (langsung

rnembentuk organ) maupun embriogenesis (melalui pembentukan embrio somatik).

Adapun kalus non-embriogenik adalah kalus yang sedikit atau tidak mempunyai

kemampuan untuk beregenerasi membentu k tanaman, Oleh Green et al, (1983),

kalus E dibedakan lagi menjadi 2 macam yaitu: (a) kalus E tipe I dengan ciri-ciri;

kompak, tidak tembus cahaya, pertumbuhannya relatif lambat dan strukturnya

komplek, (b) kalus E tipe II dengan ciri-ciri; friabel (remah), kurang kompak per-

tumbuhannya cept dengan bentuk embriosomatik lebih jelas pada permukaan kalus

(berupa nodul), kalus berwarna putih sampai kuning. Oleh Vasil (1982) embrioge-

nesis somatik disebut juga sebagai struktur bipolar, yaitu suatu struktur bulat yang

terbentuk pada permukaan kalus E sebagai hasil dari aktivitas perturnbuhan sel-sel

rneristematik pada skutelurn sampai koleoriza. Pada sejumlah tanaman struktur

demikian di yalcini sebagai lintasan utama (principal pathway) un tu k terjadin ya re-

generasi tanaman.

2.6. Keragaman Sornaklon

Istilah keragaman somaklon pertama kali dikemukakan oleh Larkin dan

Scowcroft (1981) yang didefinisikan sebagai keraganlan genetik dari tanaman yang

dihasilkan melalui kultur sel, baik sel somatik lnaupun sel gamet. Oleh Sonduhl y t

al. (1984) istilah tersebut diartikan sebagai kultur sel yang bsrasal sel somatik

saja, seperti sel daun, sel akar dan batang, sedangkan kultur yang berasal dari sel

gamet disebut gametoklonal. Adapun tanaman yang diperoleh dari peristiwa

somaklonal disebut somaklon dan dari gametoklonal disebut gametoklon (Evans dnn

Sharp, 1986). Istilah kaliklon (Skirvln dan Janick, 1976) berlaku bagi tmaman

yang berasal dari kalus, sedangkan protoklon bagi tanaman yang berasal dari proto-

plas (Shepard et al,, 1980). Namun demikian pada saat ini pengertian keragaman

somaklon dari Larkin dan Scowcroft (1981) yang dipakai termasuk di dalamnya :

gametoklon , kaliklon dan protoklon.

Adanya keragaman somaklon pertama kali dilaporkan pada tanaman tebu

oleh Heinz dan Mee (1969; 1971) yang meliputi keragaman dari kandungan sukrosa

dan resistensi terhadap beberapa penyakit seperti: virus Fiji, downy mildew, eyespot

dan Colmicolous smut. Sejak saat itu penelitian terus dilakukan pada tanaman perta-

nian penting lainnya seperti padi (Oono, 1978; Sun et al., 1983) , Lolium spp.

(Ahloowalia, 1975; 1983), gandum (Larkin et al., 1984) dan jagung (Gangenbach

et al., 1977; Gangenbach et al., 1981).

Dokumentasi oleh Evans et al. (1986) mencatat sebanyak 22 jenis tanaman

pertanian penting telah diteliti tanggapnya secara in-vitro dan terbukti dapat menghab

silkan keragaman somaklon yang mewaris (inherited) pada berbagai karakter seperti

tinggi tanaman, jumlah daun, letak daun, ketahanan terhadap FZtsarr'um sp., besar

dan warna bunga, kegenjahan serta komponen produksi dan lain-lain.

Tujuan seleksi pada tanaman somaklon yrng beragam terutama untuk

memperbaiki sifat lemah dari suatu kultivat yang telah beradaptasi, sepertl untuk

meningkatkan ketahanan terhadap penyakit, kekeringan, termasuk ketenggangan ter-

hadap keracunan aluminium.

2.6.1.

Keragaman somaklon pada dasarnya terjadi akibat peristiwa mutasi, yaitu

suatu perubahan karakter yang diwariskan disebabkan oleh berubahnya struktur

pembawa sifat menurun (inherited trait) baik pada tingkat DNA atau gen yang

disebut juga mutasi kecil atau mutasi titik, maupun pada tingkat khromosom yang

disebut juga mutasi besar. Oleh karena itu, mekanisme kejadiannya hampir sama

dengan efek mutagenesis konvensional (radiasi), yakni bersifat acak dan keragaman

yang dihasilkannya dapat bermanfaat atau kurang bermanfaat, bahkan mungkin

fnerugikan. Namun demikian keragaman somaklon relatif lebih mudah dideteksi

dan lebih cepat diperoleh daripada mutagenesis konvensional (Ahloowalia, 1986;

Novak et al., 1986 dan 1988). Evans dan Sharp (1983) mendapatkan 1 mutan dari

setiap 20-25 tanaman tomat hasil regenerasi in-vitro. Dalam ha1 ini, keragaman

genetik yang terjadi dapat berasal dari eksplan atau dari perubahan getletik yang

te rjadi selama dalam kultur media (Wattimena, 1988a). Dengan demikian perubah-

an genetik tersebut bukan disebabkan oleh peristiwa segregasi maupun rekombinasi

gen seperti biasa te jadi akibat proses persilangan (crossing).

Keragaman genetik pada eksplan disebabkan oleh adanya sel-sel bermutan da-

ri jaringan tertentu. Adapun keragaman genetik yang terjadi di dalan~ kultur

media dapat disebabkan olch adan ya peristi wa eruiornitosis, eruioreduplikmi, perm- bahan struktur khromosom (duplikasi, inversi dan translokasi), pindah silang

sornatik maupun poliploidi (Scowcroft dan Larkin, 1981; Evans dan Sharp, 1986;

Ahloowalia, 1986; Suzukl, 1981).

2.6.2. M e m m h i Ke-

Beberapa faktor penting yang berpengaruh terhadap terjadinya keragaman

somaklon adalah: (a) genotipa (homozigot atau heterozigot), @) jenis eksplan (daun,

batang, akar dan umbi), (c) komposisi media (zat pengatur tumbuh) dan (d) lamarlya

fase kalus di dalam kultur in-vitro.

(1) GenotiDa Genotipa merupakan faktor penting di dalam menimbulkan keragaman soma-

klon, karena genotipa dapat mempengaruhi besarnya frekuensi regenerasi dan fre-

kuensi somaklon yang terjadi. Gunn dan Shepard (1981) mendapatkan jumlah ta-

naman regenerasi yang berbeda dari 2 kultivar kentang yang dikulturkan pada kon-

disi yang sama.

Dari banyak literatur diketahui bahwa tanaman dari genotipa yang berbeda

mempunyai frekuensi somaklon yang berbeda pula. Shepard et al. (1980) mencatat

te rjadinya frekuensi keragaman genotipa yang tinggi dari kultivar kentang Russet

Burbank. Akan tetapi Wenzel et al. (1979) hanya mendapatkan keragaman yang sa-

ngat kecil di antara 200 tanaman regenerasi hasil kultur protoplas yang berasal dati 5

Mon kentang diploid.

Sun et al. (1983) membandingkan besarnya frekuensi poliploid tanaman re-

generasi in-vitro dari 18 varietas padi. Adanya multiploid ditemukan pada varietas

indica, sedangkan pada varietas japonica tidak ditemukan. Demikian pula frekuensi

mutan yang mengalami defisiensi khlorofil beragam sangat nyata di antara 2 varietas

padi tersebut.

(2) S S W

Sumber eksplan merupakan faktor yang sangat penting dalam medtnbulkan

keragaman sornaklon. Pada tanaman geranium, keragaman hanya berhasil diperoleh

dari eksplan potongan petiol, sedangkan dari eksplan potongan batang tidak berhasil,

Demikian pula pada tanaman tebu, frekuensi dan spektrum somaklon yang terjadi

berasal dari sumber eksplan yang berbeda.

Pada tanaman kentang, adanya keragaman somaklon pertama kali ditemukan

pada kultur protoplas. Akan tetapi pada saat ini, keragaman somaklon dapat juga

diperoleh melalui kultur langsung dari eksplan daun maupun petiol. Dalam hd ini

menurut Roest dan Bokelman (1980), eksplan yang berasal dari daun atau bagian

daun memberikan keragaman genetik lebih besar daripada eksplan dad bagian

tanaman lainnya.

(3) Lamanva dalam Kultur Sel

Adanya keragaman dalam jumlah khromosom akibat kultur sel sudah dilapor-

kan oleh para peneliti. Beberapa faktor yang mempengaruhi terjadinya keragaman

tersebut adalah:

(a) Adanya khromosom cacat (mosaik) pada tanaman yang digunakan untuk

inisiasi kultur.

(b) Terjadinya fragmen tasi i n ti yang berasosiasi dengan pembelahan pertama

dari sel pada saat inisiasi kdus (Cionini et al., 1978).

(c) Endoreduplikasi atau endomitosis yang terjadi selama inisiasi kultur

(Dl Amato, 1978).

(d) Terjadinya ketidaknormalan proses mitosis yang dihasilkan oleh sel-sel

aneuploid.

Telah diyakini secara luas bahwa masa kultur in-vitro yang lama dapat me-

nyebabkan jumlah khromosom beragam. Korelasi antara lamanya kultur in-uitr~ dan

akumulasi perubahan khromosom pertama kali ditemukan pada Baucus carota

(Smith dan Street, 1974), dimana kultur sel berisi banyak sel-sel abnormal dan

dapat beregenerasi menjadi tanaman. Selanjutnya Evans st al. (1984) mencatat

adanya tanaman poliploid dan aneuploid yang diregenerasikan secara in-vitro pada

ban yak tanaman seperti: geranium, ornamental Nicotiane, tembakau, tomat, alfalfa

dan lain-lain. Dalam hal ini ditambahkan bahwa aneuploid lebih sexing berasal dari

tanaman poliploid atau hibrida seperti N. tubacum (Sacristan dan Melchers, 1969)

dan hibrida Saccharuni (IIeinz dan Mee, 1971).

Reberapa peneliti menyatakan bahwa keragaman somaklon semakin mening-

kat dengan makin lamanya masa inkubasi eksplan dalam kultur. Barbier dan

Dulieu (1983) yang menggunakan penanda genetik dari sumber eksplan yang digu-

nakan telah menunjukkan bahwa kebanyakan perubahan-perubahan genetik terjadi

pada periode mitosis prtama dalam kultur dan beberapa perubahan genetik mening-

kat sejalan dengar1 larnanya dalam kultur, Demikian pula dengan menggunakan

protoplas dari tanaman donor heterozigot I d n dan Scowcroft (1983) menu~~jukkan

bahwa dengan memperpanjang periode kultur dua kali lipat frekuensi perubahan

genetik meningkat dari 1.4 % menjadi 6 %. Fukui (1983) memonitor terjadinya

mutasi ganda (multiple mutation) pada tanaman regenerasi asal kultur kalus dari

padi. Ia dapat menguraikan tentang urutan tejadinya mutasi, yang terjadi tidak

bersamaan selama dalam kultur dari galur kalus tunggal. Evans et 01. (1982)

menambahkan bahwa hibrida somatik merupakan sumber keragaman yang besar

daripada hibrida seksual. Beberapa keragaman unik telah dideteksi antara Won-klon

hibrida somatik (Evans et al., 1983).

(4) Kondisi Kultu~

Telah diketahui sejak lama bahwa komposisi zat pengatur tumbuh dari media

kultur dapat mempengaruhi frekuensi perubahan kariotipa dalam kultur sel (Baylks,

1975). Zat pengatur tumbuh 2,443 paling sering diyakini sebagai yang bertanggung

jawab terhadap te rjadinya keragarnan khromosom (Singh et al., 1975). Konsentrasi

yang tinggi dari 2,4-D erat kaitannya dengan keragaman dari tanaman-tanaman

regenerasi Hordewn (Deambrogio dan Dale, 1980). Demikian pula, penggunaan

2,4-D dan NAA dalam media kultur kentang juga meningkatkan frekuensi tanaman

abnormal (Shepard, 1981). Dalam ha1 ini, terdapat hubungan yang erat antara

keberadaan zat pengatur tumbuh dengan lamanya periode kultur.

Peningkatan keragaman tanaman somaklon dapat juga dilakukan dengan pem-

berian mutagen pada eksplan, baik secara fisik (sinar X , sinar gamma) maupun

secara kimia (EMS, DEMS, dan NMU) (Ancora dan Sonuino, 1987). Ceulemans

et al. (1986) menyatakan bahwa penggabungan teknik mutagen dengan teknik soma-

klon mungkin memberikan harapan lebih besar untuk memperoleh keragaman ta-

naman yang besar. Pada tanaman kentang pemberian mutagen pada eksplan relatif

lebih baik daripada kalus, karena pemberian mutagen pada eksplan akan memberikan

mutan utuh (solid mutan), sedangkan pemberian mutagen pada kalus menghasilkan

mutan parsial (chimeric mutant) (Roest, 1977). Dalam ha1 ini, mutan yang mem-

punyai nilai dalam perbaikan tanaman adalah mutan utuh.

2.7. Bentuk-bentuk Keragaman Somaklon pada Beberapa Bnaman

Bentuk-bentuk perubahan sifat secara genetik yang diperoleh meialui feno-

mena somaklon yang telah diteliti sampai sejauh ini dapat dibagi ke dalam beberapa

kelompok sebagai berikut (Ahloowalia, 1986) :

(a) Albino, defisiensi klorofil dan bentuk-bentuk cacat: Bentuk-bentuk keragaman

somaklon seperti ini ban yak ditemukan pada Avena sativa L., padi, Loliwn spp.,

Festuca ruba , gandum , barley dan jagung.

(b) Perubahan karakter kuantitatif seperti produksi biji, tinggi tanaman, ketahanan

terhadap penyakit, fertilitas polen dan kandungan protein telah dilaporkan pada

beberapa tanaman yang meliputi :

- perubahan vigor pada Lolium spp.

- tanaman kerdil pada tebu

- pembentukan malai (tasseling) yang lebih awal pada jagung

- peningkatan kandungan protein pada padi

- perubahan jumlah tongkol, warna biji pada jagung

- perubahan kandungan gula pada tebu

- ukuran dan bentuk umbi pada kentang

(c) Ketahanan terhadap penyakit dan herbisida pada alfalfa , tembakau, tomat, ja-

gung, padi, kentang dan tebu.

(d) Keragaman lainnya meliputi ketahanan terhadap cekaman lingkungan dan zat

antibiotik.

2.8. Teknik Mendapatkan Keragaman Somaklon

Terdapat tiga cara memperoleh keragaman somaklon yaitu meliputi : (1) kul-

tur kalus, (2) kultur suspensi (sel tunggal), (3) kultur protoplasma.

2.8.1. Kultur Kalus

Dalam kultur kalus, eksplan tidak langsung diregenerasikan menjadi tunas

adventif atau embrio somatik, akan tetapi diinduksi dulu membentuk kalus untuk be-

berapa lama. Selanjutnya kalus diinduksi untuk membentuk embrio somatik, scsu-

dah itu dirangsang untuk membentuk tunas dan akar menjadi planlet. Dalam hal ini

bahan tanaman yang membentuk kalus akan menghasilkan sejumlah keragaman ge-

netik. Secara skematis tahapan kultur kalus (regenerasi tidak langsung) tersebut

adalah :

Eksplan ---- b kalus---- b e. somatik ---- b tunas adventif --- b tanamau.

Pada cara ini pemilihan eksplan dan media memegang peranan penting,

Pemilihan eksplan selain untuk mendapatkan keragaman genetik juga penting di

dalam proses morfogenesis. Komposisi media penting untuk menginduksi kalus,

tunas atau embrio somatik. Teknik mendapatkan tanaman melalui kultur kalus relatif

lebih mudah dibandingkan dengan cara in-vitro lainnya. Oleh karena itu, cara inilah

yang ditempuh di dalam penelitian ini.

2.8.2. Kultur Suspensi (Sel Tun@

Kultur sel tunggal pada dasarnya merupakan modifikasi dari kultur kalus.

Dalam ha1 ini kalus embriogenik yang dihasilkan diagregasi menjadi sel tunggal

untuk selanjutnya dikulturkan kembali di dalam kultur cair untuk diinduksi kembali

menjadi kalus dan planlet.

Prosedur seleksi melalui kultur suspensi dimulai dari penanaman dan pemilih-

an eksplan, induksi kalus, isolasi sel, penebaran sel, induksi kalus kembali, induksi

tunas adventif, induksi akar dan pemindahan lapang.

Genotipa dan umur tanaman sebagai sumber eksplan sangat menentukan

proses-proses selanjutnya. Demikian juga faktor media sangat menentukan keberha-

silan kultur. Kultur sel ini telah dicobakan pada tanaman tebu, kentang, tembakau,

padi, jagung , barley, kol, pelargonium dan chrysanthemum (Scowcroft dan Larkin,

2.8.3. Kultur Proto~las

Protoplas adalah sel yang telah dihilangkan dindingnya secara enzimatik atau

disebut juga sebagai sel telanjang.

Di dalam kultur protoplas yang penting bahwa harus dapat diisolasi protoplas

yang utuh dan protoplas tersebut harus dapat membentuk dinding sel, selanjutnya

membelah membentuk kalus kemudian meregenerasi menjadi plantlet. Kalus yang

berasal dari protoplas disebut protoplas kalus (Wattimena et al., 1988).

Kultur protoplas merupakan salah satu cara untuk memperbaiki sifat-sifat

lemah dari kultivar yang ada, seperti: ketahanan terhadap penyakit, ketenggangan

terhadap stres dan sifat-sifat morfologis tertentu. Cara ini telah dilakukan pada

beberapa jenis tanaman seperti: kentang, petunia, dan tomat.

Tanaman hasil regenerasi dari protaplas seringkali mengalami perubahan

morfologi, jumlah khromosom maupun fertilitasnya. Pada tembakau perubahan

terjadi pada warna dan bentuk daun, sedangkan pada kentang perubahan te jadi pada

bentuk umbi, kematangan umbi, warna daun, bulu-bulu pada daun, respon terhadap

lamanya penyinaran, ketahanan terhadap Phyptophtora infestan dm Alternuria sofani

(Reish, 1983).

2.9. Keragaman Somaklon pada Jagung

Penelitian tentang adanya keragaman somaklon pada tanaman jagung sudah

banyak dilakukan oleh peneliti di luar negeri. Sejak Green dan Phillips (1975)

berhasil meregenerasikan tanaman jagung asal kultur in-vitro dengan menggunakan

eksplan embrio muda (immature embryo), maka penelitian tentang kultur in-vitro ja-

gung pada berbagai genotipa dilakukan semakin intensif di berbagai negara. Namun

demikian selama lebih dari satu dekade kebanyakan arah penelitian baru dititik

beratkan pada studi regenerasi tanaman melalui induksi embriogenesis somatik

(Green, 1982; Armstrong dan Green, 1985; Lu et af., 1982: Vasil et al., 1984;

Novak et al., 1983). Hasil yang diperoleh pada umumnya menyimpulkan bahwa

regenerasi pada jagung dapat diinduksi hanya terbatas pada genotipa-genotipa terten-

tu saja (Fahey et al., 1986), dan tanaman yang diperoleh pada umumnya mengalami

penyimpangan fenotipa yang frekuensinya cukup besar (Novak et al., 1983).

Untuk mengetahui sebab-sebab terjadinya penyimpangan fenotipa tersebut,

Edallo et al. (1981) mencoba meneliti kemungkinan terjadinya perubahan khromo-

som pada sel-sel tersebut. Dari dua galur (inbred) jagung yang digunakan, yaitu

W64A dan S65 ditemukan adanya keragaman jumlah khromosom yang relatif cukup

besar (non diploid) di antara sel-sel tanaman hasil regenerasi yang diamati, masing-

masing frekuensinya 8% pada galur W64A dan 15.5 % pada galur S65. Dari popula-

si tanaman mutan tersebut 45 96 diantaranya adalah tetraploid. Disamping itu dite-

mukan juga sel-sel tanaman dengan jumlah khromosom antara 31-39 (aneuploid).

Hal tersebut diduga akibat terjadinya proses eliminasi khromosom oleh kultur in-

vitro. Diungkapkan juga diantara tanaman somaklon hasil regenerasi tersebut ada

yang mewaris secara sederhana pada generasi kedua (%). Adapun jenis ragam somakion yang diperoleh dari satu macam eksplan (em-

brio) dapat beragam antara 2-9 macam. Namun demikian, kebanyakan tanaman

somaklon yang diperoleh mempunyai penampalcan morfologi yang kurang mengun-

tungkan seperti: pertumbuhan yang abnormal, endosperma tidak sempurna, albino

serta tanamannya kerdil. Hasil yang hampir sama ditemukan juga oleh Novak et al.

(1986) yang mengkombinasikan kultur in-vitro jagung dengan perlakuan radiasi sinar

gamma pada eksplannya.

Adapun bentuk tanaman somaklon jagung yang mengalaini perubahan

menguntungkan dan diwariskan ditemukan pada karakter saat pembentukan malai

(tasseling) menjadi lebih awal (Brook Housen et al., 1984).

Beberapa faktor kendala yang patut dipertimbangkan dalam memanfaatkan

fenomena keragaman somaklonal adalah :

(1) Munculnya bentuk-bentuk perubahan sifat yang tidak diinginkan

(2) Adanya efek sinergistik dari suatu karakter yang terkait (linkage) dengan karak-

ter lain .

(3) Seringkali ekspresi gen suatu karakter tidak stabil akibat adanya aktivasi dari

transposable-gene, yaitu perpindahan elemen genetik dalam utusan DNA dari

satu lokus ke lokus lain dalam satu genom.

(4) Bentuk keragaman somaklon yang terjadi tidak dapat diprediksi dan diduga

sepenuhnya bersifat acak. Oleh karena itu pada kondisi lingkungan yang sama

belum tentu dihasilkan bentuk keragaman yang sama pula (De Klerk, 1990).