seleksi padi hibrida turunan galur mandul jantan tipe sitoplasma wild abortive, kalinga, dan ...

117 Pages·2016·34.26 MB·Indonesian

by  Yuni Widyastuti

SELEKSI PADI HIBRIDA TURUNAN GALUR MANDUL JANTAN TIPE
SIT OPLASMA WILD ABORTIVE, KALINGA, DAN GAMBIACA
UNTUK TOLERANSI TERHADAP CEKAMAN KEKERINGAN

YUNI WIDYASTUTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
ii
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul “Seleksi Padi Hibrida
Turunan Galur Mandul Jantan Tipe Sitoplasma Wild Abortive, Kalinga, dan
Gambiaca untuk Toleransi terhadap Kekeringan” adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.

Bogor, Maret 2016

Yuni Widyastuti
NRP. A253130271
iv

RINGKASAN

YUNI WIDYASTUTI. Seleksi Padi Hibrida Turunan Galur Mandul Jantan Tipe
Sitoplasma Wild Abortive, Kalinga, dan Gambiaca untuk Toleransi terhadap
Cekaman Kekeringan. Dibimbing oleh BAMBANG SAPTA PURWOKO dan
MUHAMAD YUNUS.

Kekeringan merupakan salah satu cekaman abiotik yang dapat
menyebabkan penurunan hasil gabah padi. Bagi pemulia tanaman, perakitan
varietas padi toleran cekaman kekeringan sekaligus memiliki potensi hasil tinggi
menjadi sebuah tantangan. Teknologi padi hibrida merupakan alternatif untuk
mencapai potensi hasil tinggi pada kondisi optimum, namun demikian penelitian
pemanfaatan padi hibrida pada kondisi non optimum terutama kekeringan belum
banyak dilakukan. Sebagian besar penelitian padi hibrida di Indonesia
menggunakan galur mandul jantan (GMJ) tipe wild abortive (WA) sebagai tetua
betina. Pemanfaatan GMJ tipe sitoplasma Gambiaca dan Kalinga diharapkan
dapat meningkatkan keragaman padi hibrida di Indonesia dan memperluas
preferensi petani. Penelitian ini bertujuan untuk: (1) menyeleksi galur-galur tetua
dan F hibrida padi hibrida terhadap simulasi cekaman kekeringan pada fase
1
perkecambahan, (2) mengindentifikasi daya gabung umum (DGU) dan khusus
(DGK) untuk karakter toleransi terhadap simulasi cekaman kekeringan pada fase
perkecambahan, (3) mengindentifikasi daya gabung umum dan khusus untuk
karakter hasil dan komponen hasil, (4) memverifikasi gen pengendali pemulih
kesuburan GMJ tipe WA, Kalinga, dan Gambiaca, dan (5) mendapatkan F padi
1
hibrida potensi hasil lebih tinggi dibanding varietas Limboto dan Ciherang,
memiliki sifat agronomi baik serta toleran terhadap simulasi cekaman kekeringan.
Serangkaian penelitian dilakukan untuk mengkombinasikan perakitan padi
hibrida dari tiga sumber sitoplasma berbeda sekaligus memiliki toleransi terhadap
simulasi cekaman kekeringan melalui: (1) Identifikasi toleransi kekeringan tetua
dan F padi hibrida pada fase perkecambahan menggunakan Polietilen Glikol
1
(PEG) 6000 konsentrasi 25%, (2) Analisis daya gabung dan pengaruh genetik
beberapa karakter toleransi kekeringan pada fase perkecambahan, (3) Analisis
daya gabung dan heterosis karakter hasil dan komponen hasil hibrida turunan
galur mandul jantan tipe Wild Abortive (WA), Kalinga, dan Gambiaca, dan (4)
Verifikasi gen pemulih kesuburan yang mengendalikan pemulihan kesuburan tiga
tipe GMJ melalui marka SSR.
Hasil identifikasi toleransi cekaman kekeringan pada fase perkecambahan
menggunakan PEG 6000 konsentrasi 25% menunjukkan bahwa variabel
persentase perkecambahan, panjang akar seminal, panjang kecambah, dan indeks
vigor benih dapat digunakan sebagai variabel indikator toleransi kekeringan pada
fase perkecambahan. Tetua hibrida yang diduga toleran simulasi cekaman
kekeringan adalah IR58025B, IR80154B, GMJ14B, dan GMJ15B (galur B) dan
PK 90, R 3, dan PK 12 (galur R). Dua belas hibrida yang diduga toleran simulasi
cekaman kekeringan fase perkecambahan adalah IR 58025A/R 32, IR 80154A/PK
90, IR 80154A/ R3, IR 80154A/PK 12, IR 80154A/BP 11, IR 80156A/BP 11,
GMJ 13A/PK 90, GMJ 13A/R 3, GMJ 13A/BP 11, GMJ 14A/R 3, GMJ 14A/BP
11, dan GMJ 15A/PK 90.
Analisis daya gabung pada karakter perkecambahan telah berhasil
mengidentifikasi GMJ IR 58025A sebagai penggabung baik untuk persentase
perkecambahan, sedangkan IR 80154A merupakan penggabung baik untuk
panjang akar seminal dan panjang kecambah. Di antara galur pemulih kesuburan,
PK 90 merupakan penggabung baik untuk persentase perkecambahan dan indeks
vigor benih. Kombinasi hibrida IR 80154A/PK 90, GMJ 13A/R 3, GMJ 14A/R 3,
dan GMJ 15A/PK 90 memiliki DGK nyata dan positif untuk semua karakter
perkecambahan yang diamati.
Analisis daya gabung dan heterosis karakter hasil dan komponen hasil
hibrida turunan galur mandul jantan tipe Wild Abortive, Kalinga, dan Gambiaca
berhasil mengidentifikasi GMJ IR 58025A sebagai penggabung umum terbaik
untuk karakter jumlah gabah isi per malai, GMJ 14A untuk umur 50% berbunga
dan persentase pengisian gabah, serta GMJ 15A untuk karakter jumlah gabah
hampa per malai. Di antara tester, galur PK 12 penggabung umum terbaik untuk
karakter umur 50% berbunga, jumlah gabah hampa per malai, dan persentase
gabah isi per malai, sedangkan galur BP 11 untuk karakter jumlah gabah isi per
malai. Hibrida baru dengan nilai standar heterosis > 20% dibanding Maro, Hipa 8,
Ciherang, dan Limboto pada setiap latar belakang sistem GMJ adalah GMJ
13A/BP 11, GMJ 14A/PK 90, dan GMJ 15A/PK 90 masing-masing untuk WA,
Kalinga, dan Gambiaca.
Pada kegiatan terakhir yaitu verifikasi gen pemulih kesuburan yang
mengendalikan pemulihan kesuburan tiga tipe GMJ melalui marka SSR telah
berhasil didapatkan informasi adanya kemiripan tingkat fertilitas serbuk sari dan
spikelet dari hibrida-hibrida turunan Gambiaca dan Kalinga dengan hibrida tipe
WA. Hal ini mengindikasikan bahwa terdapat kesamaan proses biologi yang
mempengaruhi ketiga sistem sitoplasma ini. Pola segregasi pada populasi F untuk
2
karakter fertilitas serbuk sari pada GMJ tipe WA dan Gambiaca mengindikasikan
keterlibatan dua gen pemulih kesuburan yang dominan, sedangkan tipe Kalinga
diduga dikendalikan oleh gen dominan tunggal. Galur restorer PK 12 mampu
memulihkan ketiga GMJ dengan ketiga sitoplasma lebih baik dibanding galur
restorer PK 90 dan BP 11. Primer RM490 dan RM258 potensial digunakan
sebagai penanda gen Rf3 dan Rf4 pada pemulihan kesuburan tipe WA.
Dari rangkaian penelitian ini dapat disimpulkan bahwa galur-galur tetua
yang teridentifikasi toleran terhadap simulasi cekaman kekeringan berpotensi
dapat digunakan untuk merakit F hibrida toleran cekaman kekeringan. Diperoleh
1
kombinasi hibrida hasil dan heterosis tinggi yang berasal dari GMJ tipe WA,
Kalinga, dan Gambiaca. Galur-galur R yang selama ini digunakan untuk merakit
hibrida dengan GMJ tipe WA berpotensi untuk dikembangkan sebagai tetua
hibrida GMJ tipe Gambiaca dan Kalinga. Diperoleh dua F hibrida potensi hasil
1
tinggi, memiliki sifat agronomi baik serta toleran terhadap simulasi cekaman
kekeringan pada fase perkecambahan yaitu GMJ 13A/R 3, dan GMJ 14A/R 3.

Kata kunci: Galur mandul jantan, Wild Abortive, Gambiaca, Kalinga, padi hibrida,
kekeringan
vi

SUMMARY

YUNI WIDYASTUTI. Selection of Hybrid Rice Derived from Wild Abortive,
Gambiaca, and Kalinga Cytoplamic Male Sterile System for Breeding Program of
Tolerant to Drought Stress. Supervised by BAMBANG SAPTA PURWOKO as
chairman dan MUHAMAD YUNUS as member of the advisory committee.

Drought is an abiotic stress causing significant reduction in rice yield. This
challenge breeder to breed new varieties with high yield potential and tolerance to
drought. Hybrid rice is an alternative technology for achieving high yield potential
under favorable conditions, but the performance of hybrids under drought stress
has not yet been fully evaluated. In Indonesia, most of hybrid rice research used
WA-cytoplasmic male sterile (CMS) source, which accounted for 90%
commercial hybrids rice varieties. Utilization of CMS type Kalinga and Gambiaca
is expected to increase diversity of hybrid rice and broader preference of farmers
to cultivate it. The objectives of this research were (1) to select parental lines and
F hybrids tolerant to drought at germination stage, (2) to identify general
1
combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) of germination
traits in drought stress, (3) to identify GCA and SCA of yield components of
parental lines and F hybrids, (4) to verify restoring ability genes of WA, Kalinga,
1
and Gambiaca CMS, and (5) to get new hybrid rice having higher yield potential
than Limboto and Ciherang and tolerant to drought.
The studies were conducted to breed hybrid rice tolerant to drought from
different CMS systems, through a series of experiments i.e. (1) Identification
drought tolerant of parents and F rice hybrids at germination phase using 25%
1
concentration of Polyethylene Glycol (PEG) 6000, (2) The combining ability and
genetic effects for some germination traits, (3) The combining ability analysis and
heterosis for yield and yield components of rice hybrids derived from WA,
Kalinga, and Gambiaca CMS systems, and (4) Verification of fertility restorer
genes controlling the restoring fertility of three CMS systems throught SSR
markers.
The results of first experiment showed that the germination percentage, seed
vigor index, seminal root length, and seedling length were the primary evaluation
indicator for tolerance to drought at germination phase. The use of PEG 6000
concentration of 25% at the germination phase could identify maintainer lines (i.e.
IR 58025B, IR 80154B, GMJ 14B, and GMJ 15B) and restorer lines (i.e. PK 90,
R 3, dan PK 12) as genotypes tolerant to drought simulation. Twelve F hybrids
1
identified tolerant to drought were IR 58025A/R 32, IR 80154A/PK 90, IR
80154A/ R3, IR 80154A/PK 12, IR 80154A/BP 11, IR 80156A/BP 11, GMJ
13A/PK 90, GMJ 13A/R 3, GMJ 13A/BP 11, GMJ 14A/R 3, GMJ 14A/BP 11,
and GMJ 15A/PK 90.
The combining ability analysis of germination traits have identified lines IR
58025A as the best combiner for percentage of germination, while IR 80154A as
the highest combiner for seminal root length and seedling length. Among the
testers, PK 90 had been a good combiner for percentage of germination and seed
vigor index. The hybrids IR 80154A/PK 90, GMJ 13A/R 3, GMJ 14A/R 3, and
GMJ 15A/PK 90 had significant and positive specific combining ability for all
traits. The effect of gene action indicated the dominance of non-additive gene
action for several traits namely percentage of germination, seminal root length,
shoot length, seedling length, and seed vigor index.
The combining ability analysis and heterosis for yield and yield components
appeared that IR 58025A line was a good general combiner for number of filled
grains per panicle, GMJ 14A line was a good general combiner for 50% days of
maturity and and filled grain percentage per panicle, while GMJ 15A was good
combiner for number of unfilled grains per panicle. Among the testers, PK 12 line
was the best general combiner for 50% days maturity, number of unfilled grain
per panicle, and filled grain percentage per panicle, while BP 11 was the best
general combiner for number of filled grain per panicle. The highest specific
combining ability for weight of grain per hill was achieved by GMJ 13A/PK 90
(WA-CMS), IR 80154A/R 32 (Gambiaca-CMS), and GMJ 14A/ R 3 (Kalinga-
CMS). The highest value of standard heterosis better than Maro, Hipa 8,
Ciherang, and Limboto were GMJ 13A/BP 11, GMJ 14A/PK 90, and GMJ
15A/BP 11 for CMS systems i.e. WA, Kalinga, and Gambiaca repectively.
The genetic relationship among three cytoplasmic male sterility (CMS)
systems, consisting of wild abortive (WA), Gambiaca, and Kalinga was studied.
The results showed that the F plants derived from crosses involving A and R
1
lines of the respective cytoplasm and their cross-combination showed similar
pollen and spikelet fertility values, indicating that similar biological processes
governed fertility restoration in these three CMS systems. The results from the
inheritance of fertility restoration was studied in crosses involving three elite
restorer lines of rice viz. PK 90, PK 12, and BP 11 and three male sterile line IR
58025A (CMS-WA), IR 80154A (CMS-Gambiaca), and IR 80156A (CMS-
Kalinga). The results from the inheritance study showed that the pollen fertility
restoration in WA and Gambiaca CMS systems was governed by two independent
and dominant genes with classical duplicate gene action, while Kalinga system
controlled by one single dominant gene. The restorer line PK 12 have restoring
ability stronger than PK 90 and BP 11. The SSR primers RM490 and RM258
revealed potential to be markers of Rf3 and Rf4 genes in restoring fertility of WA
system.
It can be concluded that the parental lines identified as tolerant to drought
potential to be use as parents of hybrid rice tolerant to drought. The Kalinga and
Gambiaca CMS system could restored the fertility by CMS-WA. These results
have important implications for the hybrid rice breeding using different
cytoplasmic backgrounds.

Keywords: Cytoplasmic male sterile, Wild Abortive, Gambiaca, Kalinga, hybrid
rice, drought.
viii

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
SELEKSI PADI HIBRIDA TURUNAN GALUR MANDUL JANTAN

TIPE SITOPLASMA WILD ABORTIVE, KALINGA, DAN
GAMBIACA UNTUK TOLERAN SI TERHADAP CEKAMAN
KEKERINGAN

YUNI WIDYASTUTI
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Pemuliaan dan Bioteknologi Tanaman
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
x

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Ir Satoto MS