PENDAHULUAN
Sejarah
Kegiatan pemuliaan tanaman dapat
dikatakan sebagai tekanan evolusi yang
sengaja dilakukan oleh manusia. Pada masa prasejarah, pemuliaan
tanaman telah dilakukan orang sejak dimulainya domestikasi
tanaman,
namun dilakukan tanpa dasar ilmu yang jelas. Sisa-sisa biji-bijian dari
situs-situs peninggalan arkeologi membantu menyingkap masa prasejarah pemuliaan
tanaman. Catatan-catatan pertama dalam jumlah besar mengenai berbagai jenis
tanaman diperoleh dari karya penulis-penulis Romawi, terutama Plinius.
Arti pemuliaan tanaman
Pemuliaan
tanaman adalah
kegiatan mengubah susunan genetik
individu maupun populasi tanaman untuk suatu
tujuan. Pemuliaan tanaman kadang-kadang disamakan dengan penangkaran
tanaman,
kegiatan memelihara tanaman untuk memperbanyak dan menjaga kemurnian; pada
kenyataannya, kegiatan penangkaran adalah sebagian dari
pemuliaan. Selain
melakukan penangkaran, pemuliaan berusaha memperbaiki mutu genetik sehingga
diperoleh
Pengetahuan mengenai perilaku biologi tanaman dan pengalaman dalam budidaya tanaman merupakan hal yang paling
menentukan keberhasilan usaha pemuliaan, sehingga buku-buku teks seringkali
menyebut pemuliaan tanaman sebagai seni dan ilmu memperbaiki keturunan tanaman demi kemaslahatan manusia. Di perguruan tinggi, pemuliaan
tanaman biasa dianggap sebagai cabang agronomi (ilmu
produksi tanaman) atau genetika terapan,
karena sifat multidisiplinernya.
Pelaku pemuliaan tanaman disebut pemulia
tanaman. Karena pengetahuannya, seorang pemulia tanaman biasanya juga
menguasai agronomi dan genetika. Tugas pokok seorang pemulia tanaman adalah
merakit kultivar yang lebih
baik: memiliki ciri-ciri yang khas dan lebih bermanfaat bagi penanamnya.
Aplikasi kultivar unggul padi
dan gandum merupakan
salah satu komponen penting dalam Revolusi Hijau,
suatu paket penggunaan teknologi modern secara massal untuk menggenjot produksi
pangan dunia, khususnya gandum roti,
jagung,
dan padi.
Dilihat dari sudut pandang agribisnis,
pemuliaan tanaman merupakan bagian dari usaha perbenihan
yang menempati posisi awal/hulu dari keseluruhan mata rantai industri
pertanian.
Ilmu Pemuliaan Tanaman sebelumnya dikenal dengan nama Ilmu seleksi karena
dalam pelaksanaannya dilakukan pemilihan terhadap tanaman yang diinginkan, baik
secara individu maupun kelompok. Dalam bahasa inggris pemuliaan tanaman disebut
Plant Breeding.
Mengingat pentingnya tanaman bagi
manusia maka orang selalu mencari cara untuk memperoleh hasil semaksimal
mungkin dari tanaman yang diusahakan.
Cara ini dapat ditempuh dengan teknik bercocok
tanam yang baik dan dengan cara peningkatan kemampuan berproduksi sesuai dengan
harapan manusia. Perbaikan becocok tanam dapat diartikan sebagai usaha
untuk menciptakan lingkungan disekitar tanaman agar dapat tumbuh dengan baik
sehingga diperoleh hasil optimal. Sedang peningkatan kemampuan tanaman
dapat diartikan suatu usaha untuk merubah sifat tanaman agar diperoleh tanaman
yang lebih unggul dari pada jenis atau varietas yang sudah ada dan usaha ini
disebut memuliakan tanaman.
Pemuliaan
tanaman dapat didefinisikan sebagai ilmu tentang perubahan-perubahan susunan
genetik sehingga diperoleh tanaman yang menguntungkan manusia. Dengan
demikian tujuan pemuliaan pada dasarnya adalah ekonomis. Para ahli
menyimpulkan bahwa tujuan pemuliaan tanaman adalah untuk memperoleh atau
mengembangkan varietas atau hibrida agar lebih efisien dalam penggunaan unsur
hara sehingga memberi hasil tertinggi persatuan luas dan menguntungkan bagi
penanam serta pemakai. Selanjutnya dikatakan bahwa varietas yang
diperoleh diharapkan tahan pada lingkungan ekstrim seperti kekeringan, serangan
hama serta penyakit dan lain-lain.
Usaha pemuliaan
tanaman memerlukan bantuan ilmu-ilmu yang lain, misalnya genetika, botani,
agronomi, matematika, statistika, ilmu hama dan penyakit, dan fisiologi
tanaman. Genetika mempunyai peran penting karena ilmu ini merupakan seluk beluk
pewarisan sifat. Dari botani dapat diketahui seberapa jauh hubungan kekerabatan
dari tanaman yang akan dimuliakan (khususnya bila dengan persilangan),
sifat-sifat morfologi yang berkait dengan sifat fisiologisnya.
Dalam pemuliaan tanaman, usaha untuk
memperoleh suatu varietas unggul memerlukan pengetahuan mengenai sifat-sifat
tersebut. Misalnya, tanaman padi yang respon terhadap pemupukan dengan dosis
tinggi biasanya mempunyai daun yang berwarna lebih hijau kelam dan daun bendera
yang tegak; atau tanaman jagung yang berproduksi tinggi umumnya akan diikuti
dengan umur tanaman yang panjang.
Tujuan
pemuliaan tanaman
Tujuan dalam pemuliaan tanaman dapat bersifat spesifik. Tanaman di bagian
kanan atas warna daunnya menjadi merah apabila tempat tumbuhnya mengandung nitrogen dioksida.
Sifat ini dimanfaatkan untuk mendeteksi keberadaan ranjau
yang melepaskan senyawa
tersebut.
Tujuan dalam program pemuliaan tanaman didasarkan pada strategi jangka
panjang untuk mengantisipasi berbagai perubahan arah konsumen atau keadaan
lingkungan. Pemuliaan padi, misalnya, pernah diarahkan pada peningkatan hasil,
tetapi sekarang titik berat diarahkan pada perakitan kultivar yang toleran
terhadap kondisi ekstrem (tahan genangan, tahan kekeringan,
dan tahan lahan bergaram) karena proyeksi perubahan iklim dalam
20–50 tahun mendatang. Tujuan
pemuliaan akan diterjemahkan menjadi program pemuliaan.
Ada dua tujuan
umum dalam pemuliaan tanaman: peningkatan kepastian terhadap hasil
yang tinggi dan perbaikan kualitas
produk yang dihasilkan.
Peningkatan kepastian terhadap hasil biasanya diarahkan pada peningkatan
daya hasil, cepat dipanen,
ketahanan
terhadap organisme pengganggu
atau kondisi alam yang kurang baik bagi usaha tani,
serta kesesuaian terhadap perkembangan
teknologi pertanian yang lain. Hasil yang tinggi menjamin terjaganya persediaan
bahan mentah untuk diolah lebih lanjut. Tanaman yang berumur singkat (genjah)
akan memungkinkan efisiensi penggunaan lahan yang lebih tinggi. Ketahanan
terhadap organisme pengganggu atau kondisi alam yang tidak mendukung akan
membantu pelaku usaha tani menghindari kerugian besar akibat serangan
hama,
penyakit,
serta bencana alam. Beberapa tanaman tertentu yang dalam usaha budidayanya melibatkan banyak peralatan mekanik memerlukan
populasi yang seragam atau khas agar dapat sesuai dengan kemampuan mesin dalam
bekerja.
Usaha perbaikan kualitas produk adalah tujuan utama kedua. Tujuan semacam
ini dapat diarahkan pada perbaikan ukuran, warna, kandungan bahan tertentu
(atau penambahan serta penghilangan substansi tertentu), pembuangan sifat-sifat
yang tidak disukai, ketahanan simpan, atau keindahan serta keunikan. Perkembangan
bioteknologi
di akhir abad ke-20 telah membantu pemuliaan terhadap tanaman yang mampu
menghasilkan bahan pangan dengan kandungan gizi tambahan (pangan fungsional)
atau mengandung bahan pengobatan tertentu (pharmcrops, kegiatannya dikenal
sebagai crop pharming).
Proses kegiatan pemuliaan tanaman
Pemuliaan tanaman merupakan kegiatan
yang dinamis dan berkelanjutan. Kedinamisannya dicerminkan dari adanya
tantangan dan kondisi alam lingkungan yang cenderung berubah, sebagai contoh
strain patogen yang selalu berkembang, selera ataupun preferensi konsumen
terhadap pangan yang juga berkembang, oleh karenanya, kegiatan pemuliaan pun
akan berpacu sejalan dengan perubahan tersebut.
Sedangkan keberlanjutannya dapat
dilihat dari kegiatannya yang sinambung, berlanjut dari satu tahapan menuju
pada tahapan berikutnya. Lebih lanjut, pemuliaan merupakan ilmu terapan yang
multidisiplin, dengan menggunakan beragam ilmu lainnya, seperti genetika,
sitogenetik, agronomi, botani, fisiologi, patologi, entomologi, genetika
molekuler, biokimia, statistika (Gepts and Hancock, 2006), dan bioinformatika.
Sedangkan, dilihat dari metode yang digunakan, dibagi menjadi dua:pendekatan
pemuliaan konvensional (contohnya melalui persilangan, seleksi dan mutasi) dan
inkonvensional (kloning gen, marka molekuler dan transfer gen).
Pada umumnya proses kegiatan
pemuliaan diawali dengan:
(a).usaha koleksi plasma nutfah sebagai sumber
keragaman,
(b).identifikasi dan karakterisasi,
(c).induksi keragaman, misalnya
melalui persilangan ataupun dengan transfer gen, yang diikuti dengan
(d).proses seleksi,
(e).pengujian dan evaluasi,
(f).pelepasan, distribusi dan komersialisasi
varietas.
Teknik
persilangan yang diikuti dengan proses seleksi merupakan teknik yang paling
banyak dipakai dalam inovasi perakitan kultivar unggul baru, selanjutnya,
diikuti oleh kultivar introduksi, teknik induksi mutasi dan mutasi spontan yang
juga menghasilkan beberapa kultivar baru.
Kegiatan pemuliaan tanaman di Indonesia
Bila dilihat dari pelakunya,
kegiatan pemuliaan tanaman di tanah air, sebagian besar masih dilakukan oleh
institusi-institusi milik pemerintah, seperti lembaga penelitian di bawah
koordinasi Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Departemen Pertanian,
antara lain: Puslitbang Tanaman Pangan/Hotikultura/ Perkebunan, Balai Besar
(BB) Penelitian Tanaman Padi Sukamandi, BB Bioteknologi dan Sumberdaya Genetik
Pertanian Bogor, serta beberapa balai penelitian, seperti Balit Tanaman Sayuran
Lembang, Balit Tanaman Hias Cipanas, Balit Buah-buahan Solok, Balit Jagung dan
Serelia lain Maros, Balit Kacang-kacangan dan Ubi-ubian Malang.
Juga terdapat Balai Pengkajian
Teknologi Pertanian (BPTP) di hampir setiap provinsi. Di lingkup Lembaga Riset
Perkebunan Indonesia, juga terdapat Puslit Kelapa Sawit Medan, Puslit Kopi dan
Kakao Jember, Puslit Teh dan Kina Gambung, Puslit Perkebunan Gula Indonesia
(P3GI) Pasuruan, Puslit Karet Sungei Putih, Balit Biotek Perkebunan.
Strategi dasar pemuliaan tanaman
Pemuliaan tanaman mencakup tindakan
penangkaran koleksi bahan/material pemuliaan (dikenal pula sebagai plasma nutfah atau germplasms),
penciptaan kombinasi sifat-sifat baru (biasanya melalui persilangan yang
intensif), dan seleksi terhadap bahan yang dimiliki. Semua tindakan ini
dilakukan setelah tujuan spesifik program pemuliaan ditentukan sebelumnya.
Koleksi plasma nutfah Kolonialisme dan penyebaran
tanaman "eksotik
Plasma nutfah adalah bahan baku
dasar pemuliaan karena di sini tersimpan berbagai keanekaragaman sifat yang
dimiliki oleh masing-masing nomor koleksi (aksesi). Tanpa keanekaragaman,
perbaikan sifat tidak mungkin dilakukan.
Usaha pencarian plasma
nutfah baru berarti eksplorasi ke tempat-tempat yang secara
tradisional menjadi pusat keanekaragaman hayati (atau hutan) atau dengan melakukan
pertukaran koleksi. Lembaga-lembaga publik seperti IRRI dan CIMMYT menyediakan
koleksi plasma nutfah bagi publik secara bebas bea, namun untuk kepentingan
bisnis diatur oleh perjanjian antara pihak-pihak yang terkait.
Peningkatan keragaman (variabilitas) genetik
Integrasi bioteknologi dalam pemuliaan
Apabila aksesi tidak ada satu pun yang memiliki suatu sifat yang
diinginkan, pemulia tanaman melakukan beberapa cara untuk merakit individu yang
memiliki sifat ini. Beberapa cara yang dapat dilakukan adalah introduksi bahan
koleksi, persilangan, manipulasi kromosom,
mutasi
dengan paparan radioaktif atau bahan kimia tertentu, penggabungan (fusi) protoplas/inti sel, manipulasi urutan gen,
transfer gen,
dan manipulasi regulasi gen.
Empat cara yang
disebut terakhir kerap dianggap sebagai bagian dari bioteknologi
pertanian (green biotechnology). Tiga cara yang terakhir adalah bagian dari rekayasa genetika dan dianggap sebagai "pemuliaan tanaman
molekular" karena menggunakan metode-metode biologi molekular.
Introduksi
Mendatangkan bahan tanam dari tempat
lain (introduksi) merupakan cara paling sederhana untuk meningkatkan keragaman
(variabilitas) genetik. Seleksi penyaringan (screening) dilakukan
terhadap koleksi plasma nutfah
yang didatangkan dari berbagai tempat dengan kondisi lingkungan yang
berbeda-beda. Pengetahuan tentang pusat keanekaragaman (diversitas) tumbuhan
penting untuk penerapan cara ini. Keanekaragaman genetik untuk suatu spesies
tidaklah sama di semua tempat di dunia. N.I. Vavilov,
ahli botani dari Rusia,
memperkenalkan teori "pusat keanekaragaman" (centers of origin)
bagi keanekaragaman tumbuhan.
Contoh pemuliaan yang dilakukan
dengan cara ini adalah pemuliaan untuk berbagai jenis tanaman buah asli
Indonesia, seperti durian
dan rambutan,
atau tanaman pohon lain yang mudah diperbanyak secara vegetatif, seperti ketela pohon
dan jarak pagar. Introduksi dapat dikombinasi dengan
persilangan.
Persilangan
Malai padi dibungkus dengan kertas
pelindung untuk mencegah penyerbukan yang tidak dikehendaki. Persilangan masih
menjadi tulang punggung industri perbenihan sampai saat ini.
Persilangan merupakan cara yang
paling populer untuk meningkatkan variabilitas genetik, bahkan sampai sekarang
karena murah, efektif, dan relatif mudah dilakukan. Berbagai galur hasil
rekayasa genetika pun biasanya masih memerlukan beberapa kali persilangan untuk
memperbaiki penampilan sifat-sifat barunya.
Pada dasarnya, persilangan adalah
manipulasi komposisi gen dalam populasi. Keberhasilan persilangan memerlukan
prasyarat pemahaman akan proses reproduksi tanaman
yang bersangkutan (biologi bunga). Berbagai macam skema persilangan telah
dikembangkan (terutama pada pertengahan abad ke-20) dan menghasilkan sekumpulan
metode pemuliaan yang telah diterapkan pada berbagai perusahaan
perbenihan.Walaupun secara teknis relatif mudah, keberhasilan persilangan perlu
mempertimbangkan ketepatan waktu berbunga (sinkronisasi), keadaan lingkungan
yang mendukung, kemungkinan inkompatibilitas, dan
sterilitas keturunan.
Pemuliaan dengan bantuan mutasi
Pemuliaan tanaman
dengan bantuan mutasi (dikenal
pula sebagai pemuliaan tanaman mutasi) adalah teknik yang pernah cukup populer
untuk menghasilkan variasi-variasi sifat baru. Teknik ini pertama kali
diterapkan oleh Stadler pada tahun 1924 tetapi prinsip-prinsip pemanfaatannya
untuk pemuliaan tanaman diletakkan oleh Åke Gustafsson
dari Swedia.
Tanaman dipaparkan pada sinar radioaktif
dari isotop
tertentu (biasanya kobal-60)
dengan dosis rendah sehingga tidak mematikan tetapi mengubah sejumlah basa DNA-nya. Mutasi pada
gen akan dapat mengubah penampilan tanaman. Pada tanaman yang dapat diperbanyak
secara vegetatif, induksi jaringan kimera sudah cukup
untuk menghasilkan kultivar baru. Pada tanaman yang diperbanyak dengan biji,
mutasi harus terbawa oleh sel-sel reproduktif, dan generasi selanjutnya (biasa
disebut M2, M3, dan seterusnya) diseleksi.
Identifikasi dan seleksi terhadap bahan pemuliaan
Penyaringan adalah salah satu cara mengidentifikasi
sifat yang dimiliki bahan pemuliaan. Galur di sebelah
kanan rentan terhadap kegaraman tinggi, sedangkan di sebelah kiri toleran.
Bahan atau materi pemuliaan dengan keanekaragaman yang
luas selanjutnya perlu diidentifikasi sifat-sifat khas yang dibawanya,
diseleksi berdasarkan hasil identifikasi sesuai dengan tujuan program
pemuliaan, dan dievaluasi kestabilan sifatnya sebelum dinyatakan layak dilepas
kepada publik. Dalam proses ini penguasaan berbagai metode percobaan, metode
seleksi, dan juga "naluri" oleh seorang pemulia sangat diperlukan.
Identifikasi keunggulan
Usaha perluasan keanekaragaman akan
menghasilkan banyak bahan yang harus diidentifikasi. Pertimbangan sumber daya
menjadi faktor pembatas dalam menguji banyak bahan pemuliaan. Di masa lalu
identifikasi dilakukan dengan pengamatan yang mengandalkan naluri seorang
pemulia dalam memilih beberapa individu unggulan. Program pemuliaan modern mengandalkan
rancangan percobaan yang diusahakan
seekonomis tetapi seakurat mungkin. Percobaan dapat dilakukan di laboratorium
untuk pengujian genotipe/penanda genetik atau biokimia, di rumah kaca
untuk penyaringan
ketahanan.
Penyempitan keanekaragaman genetik
Penyempitan keanekaragaman genetik merupakan isu
mendasar yang telah disuarakan dan disadari sejak awal pemuliaan tanaman
modern. Akibat fokus pada peningkatan produksi dan mutu hasil, sebagian kecil
variasi genetik mendominasi pertanaman. Seleksi yang dilakukan dalam program
pemuliaan tanaman mengakibatkan sempitnya keragaman genetik tanaman yang
dibudidayakan.
Keadaan
diperparah dengan sedikitnya pilihan kultivar yang ditanam petani karena
tuntutan konsumen akan keseragaman produk. Tanaman menjadi mudah terserang hama
dan penyakit, karena organisme pengganggu
lebih tinggi plasitisitas fenotipiknya
daripada tanaman budidaya. Beberapa wabah besar telah terjadi akibat hal ini,
seperti hawar kentang, hawar jagung,
dan tungro
pada padi (lewat perantara wereng coklat).
Suatu kajian terhadap kandungan gizi sejumlah kultivar tanaman sayuran kebun
dari tahun 1950 sampai 1999 menunjukkan efek kompensasi penurunan sejumlah
kandungan gizi akibat fokus diberikan kepada hasil, termasuk 6% protein
dan 38% riboflavin (vitamin B2).
Sempitnya latar
belakang genetik juga akan menyebabkan stagnasi dalam program pemuliaan. Untuk
mengatasi hal ini, program pemuliaan modern memasukkan persilangan dengan
kerabat jauh atau bahkan spesies yang berbeda untuk memperluas variabilitas.
Selain itu, persyaratan kestabilan penampilan untuk sejumlah spesies tanaman
diperlunak sehingga kultivar yang bersifat spesifik lokasi juga dapat disetujui
untuk dirilis.
KESIMPULAN
Indonesia memiliki keanekaragaman tanaman yang tinggi. Pengetahuan tentang
karakter-karakter yang bernilai ekonomi tinggi serta identifikasi dini
tanaman-tanaman yang berpotensi produksi tinggi, dan memiliki gen ketahanan
terhadap serangan hama dan penyakit utama sangat penting, mengingat umur mulai
berbuah kelapa yang lama. Oleh karena itu diperlukan suatu metode yang efisien
untuk dapat digunakan mendeteksi dan menyeleksi karakter-karakter tersebut.
Setiap marka molekular memiliki kelebihan dan kelemahan masing-masing jika
dijadikan sebagai metoda dalam kegiatan seleksi. Penggunaan polymerase chain
reaction (PCR) pada metode RFLP, RAPD, AFLP atau SSR lebih sering digunakan,
karena lebih sederhana dibandingkan metode lainnya dan pemakaiannya disesuaikan
dengan tujuan penelitian.
Meskipun kemajuan dibidang molekular telah sangat maju, tetapi metode seleksi
konvensional masih tetap tidak bisa ditinggalkan. Teknik penanda DNA ini
digunakan untuk melengkapi atau menyempurnakan program seleksi yang dilakukan,
untuk meningkatkan proporsi gen target dari populasi tanaman yang dihasilkan.
Pemilihan teknik molekular disesuaikan dengan tujuan, biaya yang tersedia, dan persyaratan-persyaratan
yang dibutuhkan untuk melakukannya. Pemanfaatan sidik jari DNA adalah suatu
pedekatan yang penting karena dapat mencegah adanya duplikasi dalam koleksi
plasmanutfah, sehingga koleksi plasmanutfah dapat dikelola dengan lebih baik dan
dimanfaatkan sebagai sumber materi untuk digunakan dalam program pemuliaan guna
mengembangkan varietas-varietas yang diinginkan.
Melalui teknik molekular seperti penanda DNA, jika suatu gen dapat diketahui
linkage dengan suatu penanda DNA sehingga seleksi terhadap gen pengontrol
karakter target dapat diseleksi secara tidak langsung, dengan demikian akan
sangat mengirit waktu dan dana. Kebanyakan karakter produksi diwariskan secara
poligenik (QTL) dan sangat dipengaruhi oleh lingkungan.
Program pemuliaan tanaman dengan metode penanda DNA diharapkan dapat
meningkatkan produksi pertanian di Indonesia. Berdasarkan uraian di atas, maka
pemanfaatan penanda DNA dalam program pemuliaan kelapa akan sangat efisien dan
efektif.
DAFTAR PUSTAKA
Brown, S.M., Szewc-McFadden, and S Kresovich.1996.
Development and application of Simple Sequence Repeats (SSR) loci for
plant genome analysis. In Jauhar, P P (Ed). Methods of genome analysis in
plants. CRC Press. New York. p.147-159
Cook, D.E.L., Kennedy D.M., Guy D.C., Russell J.,
Unkle S.E., and Duncan J.M. 1996. Relatedness of group I species of
Phytophthora as assed by random amplified polymorphic DNA (RAPDs)
and sequences of ribosomal DNA. Mycological Research 100: 297-303.
Ditjen Tanaman Pangan dan Hortikultura, 1999. Petunjuk
teknis penilaian dan pelepasan varietas tanaman pangan dan hortikultura. Dit.
Bina Perbenihan, Ditjen Tanaman Pangan dan Hortikultura, Jakarta. 13 hal.
Gepts, P and Hancock, J. 2006. The future of plant
breeding. Crop Sci. 46:1630-1634.
Nugraha, U.S. 2004. Legalisasi, kebijakan, dan
kelembagaan pembangunan perbenihan. Perkembangan Teknologi TRO. 26 (1).
RPKK. 2005. Revitalisasi Pertanian, Perikanan dan
Kehutanan.
