Pemuliaan Tanaman

PENDAHULUAN

Ilmu Pemuliaan Tanaman merupakan ilmu atau pengetahuan terpakai (applied science) yang berkembang sejalan dengan perkembangan ilmu – ilmu lain, khususnya agronomi. Dahulu, ketika manusia hidup berpindah – pindah, untuki memenuhi kebutuhan pangan mereka dengan mudah mencarinya di hutan. Tetapi setelah hidup menetap, mereka mulai bercocok tanam. Dengan bercocok tanam, secara sadar atau tidak, mereka mulai melakukan seleksi dalam mencari bahan – bahan pertanaman, meskipun dalam bentuk yang sangat sederhana. Sekarang, dengan jumlah penduduk yang sudah demikian padat dan perkembangan ilmu serta teknologi yang demikian pesat, manusia harus berbuat sesuatu untuk memenuhi kebutuhan hidup yang diambil dari tanaman, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Di Negara kita, untuk mencukupi kebutuhan, khususnya bahan pangan, pengembangan tanaman pangan dilakukan secara ekstensif dan intensif. Pengembangan tanaman secara ekstensif bertujuan untuk meningkatkan produksi dengan cara memperluas areal pertanaman, sedangakan pengembangan tanaman secara intensif bertujuan untuk meningkatkan produksi dengan cara menaikkan produksi per satuan luas lahan. Pengembangan tanaman secara intensif umumnya dilakukan di daerah – daerah yang berpenduduk padat. Sejak tahun 1950-an, peningkatan produksi bahan makanan sudah merupakan program utama. Intensifikasi dilakukan, yaitu: (1) perbaikan cara bercocok tanam, (2) penggunaan varietas unggul; 3) pemakainan pupuk dengan dosis dan waktu yang tepat, 4) pengendalian hama dan penyakit, dan 5) pengelolaan pengairan.

Varietas unggul merupakan faktor utama yang menentukan tingginya produksi yang diperoleh bila persyaratan lain dipenuhi. Varietas unggul dapat diperoleh melalui pemuliaan tanaman. Suatu varietas unggul tidak selamanya akan menunjukkan keunggulannya, tetapi makin lama produksi akan makin menurun tergantung pada komposisi genetiknya.

Genetika adalah ilmu yang mempelajari tentang gen, pewarisannya dan keragamannya. Termasuk di dalamnya mempelajari tentang sel, fungsi dan peranannya dalam pewarisan sifat, siklus hidup, fungsi dan peranan gen dan hubungannya dengan kromosom dan kemungkinan perubahannya.

Teori dan prinsip – prinsip genetika telah lama diterapkan pada tanaman. Keberhasilan manusia meningkatkan produktivitas tanaman pangan memlalui pemuliaan tanaman merupakan salah satu contoh penerapan ilmu genetika tumbuhan untuk kepentingan manusia. Kegiatan pemuliaan tanaman, pada dasarnya banyak memanfaatkan prinsip – prinsip genetika hasil penelitian klasik Gregor Mendel pada Pisum sativum tentang pewarisan sifat. Mendel berhasil menjelaskan bagaimana suatu sifat diwariskan dari tetuanya kepada anak dalam suatu persilangan antar tanaman dengan sifat yang berbeda.

Sampai saat ini ini pemuliaan tanaman tetap menggunakan prinsip – prinsip genetika dan mencari terobosan baru melalui teknologi yang baru yang dikenal dengan istilah bioteknologi.

Genetika tumbuhan merupakan salah satu bagian dari Genetika. Genetika tumbuhan penting dipelajari karena manusia memerlukan food supply sehingga, melalui genetika tumbuhan yang menyediakan pengetahuan mengenai dasar-dasar genetic tumbuhan dapat dikembangkan tanaman yang memiliki sifat yang lebih baik, baik bagi alam maupun bagi kepentingan manusia.

PEMBAHASAN

Pemuliaan tanaman diartikan sebagai suatu metode yang secara sistematik merakit keragaman genetic manjadi suatu bentuk yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Dengan demikian pemuliaan tanaman diperlukan untuk menciptakan adanya keragaman genetic, sistem-sistem logis dalam pemindahan dan fiksasi gen, konsepsi dan tujuan atau sasaran yang jelas serta mekanisme penyebarannya terhadap masyarakat. (Jumin, 2002).

Secara umum tujuan pemuliaan tanaman adalah untuk memperbaiki sifat – sifat tanaman, baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Namun pada hakikatnya, tujuan akhir adalah ekonomis, karena meningkatnya nilai dan jumlah hasil yang diperoleh, maka akan diperoleh keuntungan yang lebih besar.

Perkembangan genetika sebagai ilmu tidak lepas dari percobaan yang dilakukan Mendel pada Pisum sativum. Mendel berhasil menjelaskan bagaimana sifat diwariskan dari tetuanya kepada anak dalam suatu persilangan antar tanaman dengan sifat yang berbeda.

Pisum sativum memiliki keuntungan digunakan dalam percobaan genetika karena mudah didapat, mempunyai keragaman yang jelas bisa dibedakan meliputi warna biji, bentuk biji, warna bunga. Pisum sativum memiliki bunga cukup besar sehingga memudahkan pesilangan buatan.

Pada persilangan dengan satu sifat beda, mendel menyilangkan tanaman dengan bunga ungu dengan tanaman berbunga putih dan dihasilkan tanaman berbunga ungu (F1). Sifat bunga ungu ini disebut dominan. Jika F1 disilangkan dengan F1 maka dihasilkan bunga F2 dengan perbandingan ungu : putih = 3:1. Sifat yang diamati disebut fenotipe, sedangkan faktor yang mengendalikan disebut genotipe.

Pada persilangan dengan dua sifat beda, misalnya bulat kuning (RRYY) dengan hijau keriput (rryy), dihasilkan F1 bulat kuning (RrYy). Jika F1 diselangkan dengan F1, diperoleh perbandingan bulat kuning, bulat hijau, keriput kuning, keriput hijau dengan perbandingan 9 : 3 : 3 : 1.
Dari persilangan ini maka ditetapkan hukum mendel I atau hukum segregasi dan hukum mendel II atau hukum pisah bebas.

Dalam genetika tumbuhan, pengetahuan mengenai mitosis dan meiosis tidak bisa dilupakan. Mitosis didefinisikan sebagai proses pembelahan nucleus yang berasosiasi dengan pembelahan sel somatic yang menghasilkan sel baru yang identik dengan asalnya dan memiliki jumlah kromosom yang identik dengan asalnya. Siklus sel terdiri dari beberapa periode yaitu G1, S (sintesis), G2 (yang merupakan bagian dari interfase) dan M (mitosis). Mitosis terdiri dari profase, metaphase, anaphase dan telofase. Meiosis merupakan proses ketika terjadi gametogenesis dan kromosom menjadi haploid. Meiosis terdiri dari dua siklus yaitu meiosis I dan meiosis II.

Tahap-tahapan dalam siklus hidup tumbuhan termasuk proses fertilisasi dan perkembangan embrio, merupakan hal mendasar dalam pemuliaan tanaman. Siklus hidup tumbuhan menunjukkan periode yang berselang-seling antara fase haploid dan fase diploid. Pada tanaman, sel haploid dibentuk melalui meiosis dan disebut ‘spora’. Tanaman haploid ini membentuk gamet yang disebut gametifit. Tanaman diploid yang memproduksi spora disebut sporofit.

Meiosis menghasilkan dua macam spora. Spora yang diproduksi di anter disebut mikrospora. Mikrospora dibentuk dari sel khusus yang disebut sel induk mikrospora. Sel induk mikrospora adalah sel-sel diploid yang membelah membentuk empat mikrospora yang haploid. Gametofit jantan menjadi matang, setelah inti sel membelah menjadi 2 sel sperma. Spora yang dihasilkan ovum tersebut megaspore, pada tiap ovum, sel diploid (sel induk megaspore) mengalami pembelahan meiosis, membentuk empat megaspore yang haploid. Tiga dari empat megaspore terdisintegrasi sedang satu megaspore menjadi megaspore yang fungsional. Inti sel dari megaspore fungsional membelah melalui mitosis sebanyak tiga kali, menghasilkan emapat nukleus.

Konsep umum mengenai cara kerja gen atau ekspresi gen adalah berdasarkan kedominanan dan keresesifan. Artinya, alel terekspresi secara komplit pada fenotipe atau tidak terekspresi sama sekali. Prinsip ini merupakan prinsip Mendel. Tetapi penelitian membuktikan bahwa terdapat banyak macam aksi gen dan interaksi yang mempengaruhi pola segregasi. Tipe dari aksi gen dapat dibedakan menjadi dua katagori umum yaitu antar alel pada lokus yang sama (intralokus) dan antar alel pada lokus-lokus yang berbeda (interlokus).

Peristiwa lain yang cenderung memperlihatkan hasil peristiwa genetika yang kurang jelas adalah ekspresivitas. Ekspresivitas adalah derajat atau tingkat suatu genotype tertentu mengekspresikan fenotipenya pada suatu individu. Contohnya, genotype A_ yang seharusnya berfenotipe merah, tetapi yang tampak adalah derajat warna yang berbeda-beda, misalnya warna biru, merah tua, merah muda, putih. Ekspresivitas warna yang berbeda-beda ini karena adanya pengaruh gen-gen lainnya atau pengaruh lingkungan yang tidak diketahui dengan pasti.

Kondisi lingkungan yang penting

Cahaya: Lamanya penyinaran atau lamanya periode gelap dapat menginduksi munculnya bunga pada beberapa species tanaman. Suhu: Banyak proses biokimia dipengaruhi oleh suhu. Lintasan reaksi biokimia melibatkan enzim yang peka terhadap suhu. Perubahan suhu dapat mengubah fenotipe. Nutrisi: Contohnya, efek beberapa genotype baru dapat dilihat hanya kalau tanaman dalam lingkungan stress. Perlakuan buatan: Ekspresi suatu sifat bisa tidak nampak karena pemberian senyawa kimia atau hormon.

Variasi/Keanekaragaman genetik

Variasi atau keanekaragaman genetik sangat penting karena jika tidak terdapat variasi genetik, maka apabila terjadi perubahan lingkungan yang cukup keras akan dapat mengakibatkan punahnya suatu spesies pada habitat alaminya.
Keragaman genetik dalam bentuk variasi alelik disebabkan oleh mutasi. Mutasi terjadi secara spontan dengan frekuensi yang bervariasi tergantung pada lokus dan informasi genetic dari area sekitarnya pada kromosom. Mutasi menghasilkan perubahan DNA, yang akibatnya mengubah enzim-enzim dan menyebabkan variasi dalam mekanisme fisiologi yang nantinya dievaluasi melalui proses seleksi alam.

Migrasi tanaman dan evolusi yang diarahkan manusia

Campur tangan manusia mempunyai kontribusi yang sangat signifikan pada evolusi tanaman. Saat manusia memulai kultur dan mendomestikasi tanaman, mereka menyeleksi genotipe-genotipe yang paling baik yang memenuhi kebutuhan. Sifat seperti kestabilan produksi merupakan sifat yang sangat diinginkan. Karakter –karakter lain seperti warna, rasa juga merupakan contoh-contoh sifat yang diinginkan. Dengan berpindahnya manusia dari satu area ke area lainnya, tanaman atau benih juga dibawa dan diuji di daerah mereka yang baru. Proses ini disebut introduksi. Introduksi merupakan hal penting dalam pemuliaan tanaman, karena menawarkan potensi penggunaan genotipe berbeda untuk meningkatkan penampilan tanaman pada daerah tertentu.

Koleksi Plasma Nutfah

Keragaman genetik suatu spesies tanaman dapat menurun karena aktivitas manusia atau karena bencana alam. Aktivitas manusia dapat meliputi pembudidayaan tanaman, menanam atau memperluas jenis-jenis unggul baru sehingga jenis-jenis local yang amat beragam akan terdesak bahkan dapat lenyap, juga aktivitas pembangunan jalan dan gedung-gedung.

Untuk menghindari lenyapnya jenis-jenis yang ada maka perlu ada suatu lembaga yang mampu melakukan koleksi jenis-jenis tersebut. Pemerintah berbagai negara mensponsori kegiatan-kegiatan expedisi untuk tujuan koleksi plasma nutfah. Beberapa lembaga internasional telah melakukan koleksi secara intensif.

Pada dasarnya, pemuliaan tanaman bertujuan untuk mendapatkan varietas unggul yang baru atau mempertahankan keunggulan suatu varietas yang sudah ada. Metode pemuliaan tanaman berkembang seiring dengan kemajuan ilmu dan teknologi yang pada dasarnya dapat dilakukan dengan cara pemilihan dari keragaman populasi baik yang alami, hasil persilangan, penggandaan kromosom, dan mutasi, serta yang secara inkonvensional dengan cara rekayasa genetika. Dalam praktek, cara – cara tersebut saling terkait satu sama lain (Anonim, 2010).

Banyak metode yang dapat dilakukan dalam pemuliaan tanaman penyerbuk sendiri. Penerapan atau pemilihan suatu metode pemuliaan untuk suatu komoditas tanaman tertentu memerlukan pengetahuan dasar yang cukup karena banyak faktor atau hal yang perlu diketahui. Misalnya, tersedianya keragaman,

cara – cara perkembangbiakan, umur tanaman, tipe penyerbukan, pola pewarisan sifat dan lain – lain. Dengan kata lain, pemulia tanaman harus mengenal tanamannya

Penyimpanan pollen

Penyimpanan pollen diperlukan jika tanaman yang akan disilangkan memiliki waktu masak yang berbeda, sehingga pollen perlu disimpan dalam jangka waktu tertentu untuk memastikan kesegarannya sebelum digunakan untuk menyerbuki kepala putik. Penyimpanan pollen juga diperlukan jika tanaman yang akan disilangkan memiliki lokasi berjauhan.

Mengkoleksi butiran pollen pada kondisi viable merupakan persyaratan utama untuk menjamin kesegaran polen dalam jangka waktu yang cukup panjang. Polen yang dikoleksi pada masa awal berbunga, pertengahan masa berbunga atau akhir masa berbunga, akan memiliki variasi lamanya polen dapat disimpan. Polen yang dikoleksi pada pagi, siang atau sore juga berespon berbeda terhadap lama penyimpanan. Umumnya, polen yang diambil segera setelah bunga mekar akan memiliki daya simpan terbaik (Anonim, 2010)

Suhu dan kelembaban memiliki pengaruh terbesar terhadap daya simpan polen. Secara umum, semakin rendah suhu dan kelembaban akan meningkatkan daya simpan pollen. Penyimpanan pollen dalam jangka waktu pendek memerlukan suhu rendah dan kelembaban yang rendah, sedangkan penyimpanan jangka panjang (beberapa bulan sampai tahun) dapat dicapai dengan penyimpanan pada suhu yang sangat dingin (cryopreservation).

Suhu yang tepat untuk penyimpanan pollen, berbeda antar spesies tapi biasanya dibatasi oleh ketersediaan fasilitas seperti kulkas, freezer atau ketersediaan nitrogen cair. Kisaran suhu yang umum digunakan adalah 20 – 25 derajat Celcius (suhu ambient), 5 – 10 derajat Celcius (sejuk), 0(freezer), -10 - 20 derajat Celcius (deep freeze) dan -196 derajat Celcius (cryopreservation dengan menggunakan nitrogen cair).

Animasi koleksi pollen

Pollen viability test. Viabel berarti hidup. Viabilitas polen merupakan parameter penting dalam pemuliaan tanaman, karena pollen harus hidup dan mampu berkecambah pada saat penyerbukan agar terjadi pembuahan. Daya simpan pollen diuji dengan mengukur viabilitas setelah disimpan pada kondisi tertentu. Banyak test viabilitas polen yang sudah terstandardisasi, yang paling sering digunakan adalah fluorochromatic reaction (FCR) test. Namun yang lebih mudah dan praktis dilakukan jika tidak memiliki mikroskop fluorescence adalah uji perkecambahan polen.

PENUTUP

v  Kesimpulan:

ü  Pemuliaan tanaman diartikan sebagai suatu metode yang secara sistematik merakit keragaman genetic manjadi suatu bentuk yang bermanfaat bagi kehidupan manusia.

ü  Secara umum tujuan pemuliaan tanaman adalah untuk memperbaiki sifat – sifat tanaman, baik secara kualitatif maupun kuantitatif.

ü  Perkembangan genetika sebagai ilmu tidak lepas dari percobaan yang dilakukan Mendel pada Pisum sativum. Mendel berhasil menjelaskan bagaimana sifat diwariskan dari tetuanya kepada anak dalam suatu persilangan antar tanaman dengan sifat yang berbeda.

ü  Mitosis didefinisikan sebagai proses pembelahan nucleus yang berasosiasi dengan pembelahan sel somatic yang menghasilkan sel baru yang identik dengan asalnya dan memiliki jumlah kromosom yang identik dengan asalnya.

ü  Meiosis merupakan proses ketika terjadi gametogenesis dan kromosom menjadi haploid.

v  Saran:

Sebaiknya dalam mempelajari genetika lebih efisien lagi, mengingat genetika dapat dikatakan sebagai salah satu dasar dalam mempelajari ilmu-ilmu lain yang berkaitan dengan genetika itu sendiri. Sebagai contohnya yaitu pemuliaan tanaman.