1

PROSPEK DAN APLIKASI TEKNOLOGI IRADIASI SINAR GAMMA

UNTUK PERBAIKAN MUTU BENIH DAN BIBIT TANAMAN HUTAN

Oleh :

Muhammad Zanzibar dan Dede J. Sudrajat

Balai Penelitian Teknologi Perbenihan Tanaman Hutan

Jl. Pakuan Ciheuleut PO Box. 105 Bogor 16001, Telp/Fax:(0251)8327768

Email : muhammadzanzibar@yahoo.com

ABSTRACT

Ionizing radiation is currently a very important way to create genetic variability that

is not exists in nature or that is not available to the breeder. Therefore, there are

many papers aimed to determine the best radiation dose to be applied in plant

breeding work. As a result it has been defined intervals gamma radiation useful for

many cultivated species, though the determination of the radiosensitivity of tissues by

exposure to different intensities of radiation. However, most studies have been

conducted have been designed to evaluate the biological response to high doses of

radiation, while in relatively few studies have used low doses to stimulate

physiological processes (radiostimulation) although the ionizing radiation hormesis

has been widely supported. Hormesis is the excitation, or stimulation, by small doses

of any agent in any sistem. The beneficial effect of hormesis has been well

documented in species of agricultural importance. However, there is limited

information about its use in forestry, especially in Indonesia.

Keywords: forestry, genetic variability, hormesis, ionizing radiation, plant breeding.

I. PENDAHULUAN

Iradiasi adalah suatu proses ionik sebagai salah satu metode modifikasi fisik

polisakarida alami (Hai et al., 2003; Rombo et al., 2004; Relleve et al., 2005). Proses

ini juga sangat berguna dalam memecahkan berbagai permasalahan pertanian, seperti

penanganan pasca panen (menekan perkecambahan dan kontaminasi), eradikasi dan

pengendalian hama dan penyakit, mengurangi penyakit yang terbawa bahan makanan, dan

pemuliaan varietas tanaman unggul dan tahan penyakit (Andress, 1994; Emovon, 1996).

Dalam hubungannya dengan perbaikan mutu benih dan bibit, iradiasi sinar

gamma telah banyak diaplikasikan untuk meningkatkan viabilitas dan vigor benih

(Piri et al., 2011; Iglesias-Andreu et al., 2012) dan meningkatkan keragaman genetik

dalam rangka pemuliaan untuk mendapatkan varietas unggul pada banyak jenis

tanaman (de Mico et al., 2011; Santosa et al., 2014), terutama jenis-jenis tanaman

pertanian. Penggunaan radiasi seperti sinar X, Gamma, dan neutrons serta mutagen

kimiawi untuk menginduksi variasi pada tanaman telah banyak dilakukan. Induksi

2

mutasi telah digunakan untuk peningkatan variasi tanaman penting seperti gandum,

padi, barley, kapas, kacang tanah, dan kacang-kacangan lainnya yang diperbanyak

melalui biji (Ahlowalia dan Maluszynski, 2001). Menurut data FAO/IAEA hingga

tahun 2009, sekitar 3100 mutan dari 190 jenis telah dibudidayakan. Jumlah varietas

mutan terbesar dihasilkan negara-negara Asia (1858 mutan, terutama di India, Jepang

dan China), dikuti Eropa (899 mutan), Amerika Utara (202 mutan), Afrika (62

mutan), Amerika Latin (48 mutan) dan Kawasan Australia/Pasifik (10 mutan) (Poster

and Shu, 2012). Di Indonesia, pemuliaan mutasi telah diaplikasikan pada berberapa

jenis tanaman, seperti padi (Sobrizal, 2007; Ishak, 2010), sorghum (Surya dan

Soeranto, 2006), kedelai (Soeranto dan Sihono, 2010), pisang (Indrayanti et al.,

2011), tanaman hias seperti mawar dan krisan (Hutami et al., 2006; Handayani, 2013).

Untuk jenis tanaman kehutanan, khususnya jenis-jenis tropik Indonesia, teknologi ini

belum banyak dikembangkan.

Induksi mutasi menggunakan iradiasi menghasilkan mutan paling banyak

(sekitar 75%) bila dibandingkan menggunakan perlakuan lainnya seperti mutagen

kimia. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik pendek dengan energi

tinggi berinteraksi dengan atom-atom atau molekul untuk memproduksi radikal bebas

dalam sel. Radikel bebas tersebut akan menginduksi mutasi dalam tanaman sebab

radikel tersebut akan menghasilkan kerusakan sel atau pengaruh penting dalam

komponen sel tanaman (Kovacs dan Keresztes, 2002). Keuntungan menggunakan

sinar gamma adalah dosis yang digunakan lebih akurat dan penetrasi penyinaran ke

dalam sel bersifat homogen. Tidak seperti pemuliaan konvensional yang melibatkan

kombinasi gen-gen yang ada pada tetuanya (di alam), iradiasi sinar gamma

menyebabkan kombinasi gen-gen baru dengan frekwensi mutasi tinggi. Mutasi

digunakan untuk memperbaiki banyak karakter yang bermanfaat yang mempengaruhi

ukuran tanaman, waktu berbunga dan kemasakan buah, warna buah, ketahanan

terhadap penyakit dan karakter-karakter lainnya. Karakter-karakter agronomi penting

yang berhasil dimuliakan dengan mutasi pada beberapa jenis tanaman di antaranya

adalah tanaman tahan penyakit, buah-buahan tanpa biji, tanaman buah-buahan yang

lebih pendek dan genjah (IAEA, 2009).

Sebagian besar penelitian penggunaan iradiasi sinar gamma dirancang untuk

mengevaluasi respons biologi terhadap dosis radiasi tinggi, dan penelitian yang relatif

terbatas juga telah dilakukan dengan menggunakan iradiasi pada dosis rendah untuk

3

menstimulasi proses fisiologi (radiostimulation) tanaman melalui eksitasi, atau

stimulasi dengan dosis rendah, atau dikenal dengan istilah hormesis (Luckey, 1980).

Pengaruh yang menguntungkan dari hormesis telah banyak dilakukan pada jenis-jenis

tanaman pertanian (Luckey, 2003; Piri et al., 2011), namun informasi penggunaan

teknologi tersebut dalam bidang kehutanan masih terbatas (Iglesias-Andreu et al.,

2012). Meskipun masih sedikit informasi mengenai fenomena hormosis ini,

Vaiserman (2010) memberi indikasi adanya kemungkinan hubungan antar hormosis

dengan pengaruh epigenetik (perubahan yang diturunkan pada fungsi genom, yang

terjadi tanpa perubahan susunan urutan DNA) sebagai suatu respons adaptif.

Efigenetik bersifat sementara dan individu yang termutasi dapat kembali normal.

Tulisan ini akan memberikan tinjauan penggunaan iradiasi sinar gamma jenis-

jenis tanaman, khususnya untuk memberbaiki perkecambahan benih dan

pertumbuhan, serta potensinya untuk mendapatkan variaetas mutan unggul pada

beberapa jenis tanaman hutan .

II. PENGARUH IRADIASI TERHADAP PERKECAMBAHAN DAN

PERTUMBUHAN

Ketika radiasi ionisasi diserap ke dalam material biologis, radiasi tersebut

akan beraksi secara langsung terhadap target sel kritis atau secara tidak langsung

melalui pembangkitan metabolit yang dapat memodifikasi komponen-komponen sel

penting. Penggunaan irasiasi sinar gamma dengan berbagai dosis dalam hubungannya

dengan perkecambahan benih telah dicoba pada berbagai tanaman (Tabel 1). Hasil-

hasil tersebut menunjukkan bahwa dosis yang digunakan dan pengaruhnya terhadap

perkecambahan benih berbeda-beda untuk tiap jenis dan genotipe. Namun secara

umum, dosis iradiasi yang lebih tinggi cenderung menghambat perkecambahan.

Tabel 1. Pengaruh dosis iradiasi sinar gamma pada beberapa jenis tanaman pertanian

Jenis Dosis sinar

gamma

Pengaruh Pustaka

Sorghum vulgare (L) 1-10 kR Pengurangan rata-rata tinggi bibit Iqbal (1980)

Salix nigra Marsh. 0,1-100 kR Dosis rendah meningkatkan

kecepatan pertumbuhan

Gehring

(1985)

Allium cepa L. 10, 20, 40,

80, dan 100

kR

Persentase bibit abnormal

meningkat dengan meningfkatnya

dosis iradiasi

Amjad dan

Akbar (2003)

4

Jenis Dosis sinar

gamma

Pengaruh Pustaka

Triticum aestivum L. 10, 20, 30,

dan 40 kR

Benih teriradiasi menunjukkan

lebih superior dibandingkan

kontrol untuk beberapa karakter

Singh dan

Balyan (2009)

Sesamum indicum L. 200, 400,

600 dan 800

Gy

Pengaruh mutagenik oleh

penyusunan kembali kromosom

intergenomik

Kumar dan

Singh (2010)

Daucus carota L. 0,5 dan 1

kR

Iradiasi mempercepat

perkecambahan benih

Bassam dan

Simon (1996)

Capsicum annuum

L.

2, 4, 8, dan

16 Gy

Dosis rendah merangsang

pertumbuhan dan resitensi

cekaman

Kim et al.

(2005)

Triticum durum 10, 20 Gy Meningkatkan daya dan kecepatan

berkecambah

Melki dan

Marouani

(2009)

Lactuca sativa 5, 30 Gy Merangsang parameter

pertumbuhan (perkecambahan,

panjang akar dan hipokotil)

Marcu et al.

(2012)

Terminalia arjuna 25 Gy Meningkatkan daya

berkecambahn, indeks vigor, laju

rata-rata pertumbuhan

Akshatha et

al. (2013)

Peningkatan atau penurunan persentase perkecambahan sebagai akibat dari

perlakuan sinar gamma pada beberapa jenis tanaman telah banyak diteliti. Chan dan

Lam (2002) melaporkan juga bahwa iradiasi benih pepaya dosis 10 Gy meningkatkan

persentase perkecambahan menjadi 50% dari kontrol 30%. Sementara itu, Habba

(1989) melaporkan bahwa peningkatan dosis iradiasi hingga 100 Gy, secara gradual

meningkatkan perkecambahan benih, namun kemudian perkecambahan benih

menurun sejalan dengan meningkatnya dosis iradiasi. Hasil tersebut juga sama dengan

yang ditemukan Hell et al. (1974), Marcu et al. (2012) dan yang menyatakan bahwa

iradiasi dosis tinggi dapat mengurangi perkecambahan benih. Fenomena ini dikenal

dengan istilah pengaruh hormesis yang didefinisikan Luckey (2003) sebagai stimulasi

dengan dosis rendah iradiasi ionisasi dan penghambatan pada dosis yang tinggi. Dosis

rendah didefinisikan sebagai suatu dosis di antara tingkat radiasi lingkungan dan

ambang batasnya yang menandai batas antara pengaruh biopositif dan bionegatif.

Respon iradiasi ionisasi bervariasi antar tanaman, tergantung dari morfologi

dan fisiologi tanaman, jenis, umur, ukuran dan komposisi genom, dosis irradiasi, tipe

iradiasi, dan sebagainya. Pengaruh stimulasi sinar gamma terhadap perkecambahan

mungkin disebabkan oleh aktivasi sintesa RNA atau sintesa protein, yang terjadi

selama tahap awal perkecambahan setelah benih diradiasi (Kuzin et al., 1975; Kuzin

et al., 1976; Abdel-Hady et al., 2008). Hipotesa lainnya menyatakan adanya

5

percepatan pembelahan sel (Zaka et al., 2004) atau stimulasi langsung/tidak langsung

gen-gen yang responsif terhadap auksin (Kovalchuk et al., 2007). Perubahan

biokimia mempengaruhi proses metabolisma sel yang pada tingkat tertentu dapat

menguraikan bahan kimia penghambat perkecambahan (Busby, 2008) dan

meningkatkan pembelahan sel sehingga tidak hanya berpengaruh terhadap

perkecambahan tetapi juga terhadap pertumbuhan bibit (Piri et al., 2011). Fan et al.

(2003) memberi indikasi bahwa radikel bebas yang dibangkitkan dalam tanaman yang

disebabkan iradiasi sinar gamma akan bertindak sebagai sinyal stres dan merangsang

respon stres dalam tanaman, yang menghasilkan peningkatan sintesa asam polifenol

yang notabenenya mempunyai kegunaan antioksidatif. Sjodin (1962) melaporkan

bahwa bahan dan energi yang diperlukan selama pertumbuhan awal tersedia dalam

benih, sehingga dosis iradiasi rendah mungkin meningkatkan aktivasi enzim dan

membangkitkan embrio muda, yang menghasilkan stimulasi terhadap laju

pembelahan sel dan meningkatkan tidak hanya proses perkecambahan, tetapi jga

pertumbuhan vegetatif.

Selain terhadap perkecambahan, pengaruh iradiasi sinar gamma pun telah

dilakukan dengan menggunakan indikator-indikator respon tanaman berbeda.

Perubahan pertumbuhan dan perkembangan tanaman sering dijadikan ukuran respon

terhadap dosis radiasi berbeda. Beberapa penelitian melaporkan penggunaan irradiasi

dosis rendah, seperti pada padi yang memberikan pengaruh positif terhadap perakaran

dan pertumbuhannya. Radiasi gamma dosis rendah (10-30 Gy) merangsang

kemunculan persentase tunas kentang (Solanum tuberosum), sedangkan pada 40-50

Gy, tinggi dan panjang akar secara signifikan terhambat, dan pada dosis tingi (60 Gy)

tidak ada tunas yang muncul (Cheng et al. 2010).

Kuzin (1997) menyimpulkan bahwa penyinaran jaringan tanaman dengan

radiasi atomik dosis rendah akan menginduksi radiasi sekunder yang merangsang

pembelahan sel-sel dan mendisain radiasi ini sebagai radiasi biogenik sekunder yang

mengaktifkan reseptor membran sel. Radiasi ini membawa informasi yang diterima

reseptor membran dan informasi tersebut diperlukan untuk memfungsikan dan

mengembangkan sel-sel organisme hidup. Sementara, radiasi benih dengan sinar

gamma dosis tinggi mengganggu sintesa protein, keseimbangan hormon, pertukaran

gas, pertukaran air dan aktivitas enzim (Hameed et al., 2008), yang memicu gangguan

6

terhadap morfologi dan fisiologi tanaman dan menghambat pertumbuhan dan

perkembangan tanaman.

III. PENGGUNAAN IRADIASI SINAR GAMMA DOSIS RENDAH

PADA BENIH TANAMAN HUTAN

Pada jenis-jenis tanaman hutan, perlakuan radiasi sinar gamma pada dosis

rendah mampu memperbaiki perkecambahan benih dan pertumbuhan bibit (Iglesias-

Andreu et al., 2012; Akshatha et al., 2013). Selain itu, radiasi sinar gamma juga

mampu menunda pembusukan buah (WHO, 1988), mengurangi populasi bakteri,

jamur, serangga dan pathogen lainnya (Gruner et al., 1992) sehingga potensial

diaplikasikan untuk meningkatkan daya simpan benih. Beberapa penelitian telah

dilakukan untuk mengetahui pegaruh iradiasi terhadap perbaikan mutu benih dan bibit

seperti pada jenis jati, suren, jabon putih, tembesu, bambang lanang, kayu bawang dan

jenis-jenis tanaman hutan lainnya (Tabel 2).

Tabel 2. Penerapan dosis rasiasi sinar gamma pada beberapa jenis tanaman hutan

Jenis Dosis sinar

gamma

Pengaruh Pustaka

Jati (Tectona

grandis)

10, 20, 30, 40,

dan 50 kR

Memperbaiki laju perkecambahan

benih

Bhargava dan

Khalatkar

(1987)

Suren (Toona

sinensis)

5, 20 Gy Meningkatkan perkecambahan

benih dan pertumbuhan bibit

Zanzibar, et

al. (2008)

Tembesu (Fagraea

fragrans)

5 dan 10 Gy Meningkatkan daya berkecambah

dan daya simpan benih

Zanzibar, et

al. (2015)

Jabon putih

(Anthocephalus

cadamba)

15 dan 20 Gy Meningkatkan perkecambahan

benih dan pertumbuhan bibit

Zanzibar, et

al. (2014)

Jabon merah

(Anthocephalus

macrophylus)

10 – 30 Gy Meningkatkan perkecambahan

benih dan pertumbuhan bibit

Zanzibar, et

al. (2014)

Bambang lanang

(Magnolia

champaca)

10 Gy Meningkatkan perkecambahan

benih (daya dan indeks

berkecambah) dan meningkatkan

daya simpan benih

Zanzibar dan

Sudrajat, 2015

Pada benih bambang lanang, perlakuan iradiasi pada dosis 10 Gy (LD50 = 30-

35 Gy) menghasilkan peningkatan perkecambahan (indeks perkecambahan dan nilai

perkecambahan) (Gambar 1b-c). Namun, pada dosis yang lebih tinggi cenderung

mengalami penurunan. Benih yang diiradiasi yang disimpan selama 3 bulan juga

7

memberikan perkecambahan yang lebih baik dibanding kontrol hingga dosis 20 Gy,

dan kemudian menurun pada dosis yang lebih tinggi. Pada dosis 10 Gy juga

memberikan rata-rata bertumbuhan yang lebih tinggi dibandingkan perlakuan dengan

dosis lainnya (Gambar 1d).

Penggunaan dosis 2,5 Gy sampai 120 Gy pada benih tembesu yang disimpan

selama 2 bulan mampu meningkatkan jumlah kecambah, sedangkan penggunaan dosis

240 Gy mengalami penurunan jumlah kecambah (Gambar 2). Pada perlakuan benih

iradiasi tanpa penyimpanan, jumlah kecambah yang muncul sebagian besar tidak

berbeda nyata dengan benih tanpa iradiasi (kontrol). Pada perlakuan iradiasi benih

tanpa penyimpanan, dosis 5 Gy memberikan jumlah kecambah terbanyak (303

kecambah per 0.1 gram), sedangkan pada perlakuan iradiasi benih dengan

penyimpanan selama 2 bulan, dosis 10 Gy menghasilkan jumlah kecambah terbanyak

(346 kecambah per 0.1 gram).

8

Gambar 1. Lethal dosis (a), indek perkecambahan benih (b), nilai berkecambah benih

yang disimpan 3 bulan (c), dan penampilan bibit umur 6 bulan pada dosis

iradiasi sinar gamma 0, 5 dan 10 Gy (d).

1

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ge

rmin

ati

on

pe

rce

nta

ge (%

)

Gamma irradiation (Gy)

LD50

(a) (b)

(c) (d)

(b)

9

Gambar 2. Jumlah kecambah benih tembesu pada berbagai dosis iradiasi sinar gamma

(a); Pertumbuhan kecambah pada umur 40 hari setelah tabur: dosis 10 Gy

(b) dan dosis 240 Gy (c)

Benih tembesu yang telah diiradiasi mengalami perubahan komposisi

biokimia, seperti energi total, kadar abu, lemak total, protein dan karbohidrat total

(Tabel 3). Semakin tinggi dosis iradiasi yang diberikan maka benih tembesu akan

mengalami peningkatan kadar protein dan penurunan kadar karbohidrat total serta

energi total, terutama pada dosis 240 Gy. Kadar karbohidrat dan energi total yang

lebih rendah membuat proses perkecambahan menjadi terhambat dan banyak

kecambah abnormal yang tumbuh.

(c) (b)

(a)

10

Tabel 3. Komposisi biokimia benih tembesu akibat perlakuan iradiasi dengan sinar

gamma

Parameter 0 Gy 20 Gy 60 Gy 240 Gy

Energi total (kkal/100 g) 362.67 356.28 359.61 260.18

Kadar abu (%) 1.76 1.83 1.78 1.87

Lemak total (%) 1.11 0 0.73 0.70

Protein (%) 14.55 15.6 15.74 15.97

Karbohidrat total (%) 73.62 73.47 72.52 72.50

Umumnya pada jenis-jenis tanaman hutan, dosis iradiasi rendah mampu

memperbaiki perkecambahan benih. Beberapa penelitian lainnya juga melaporkan

kecenderungan yang sama, yaitu terjadi perbaikan perkecambahan benih pada

perlakuan sinar gamma dosis rendah dan cenderung menurun pada dosis yang tinggi,

seperti pada Pinus sylvestris (Sokolov et al., 1998), Tectona grandis (Bhargava and

Khalatkar, 2004), Cicer arietinum (Khan et al., 2005; Toker et al., 2005), Triticum

aestivum (Singh dan Balyan, 2010), dan Terminalia arjuna (Akshatha et al. 2013).

Iradiasi sinar gamma dalam dosis yang tinggi umumnya menghasilkan pengaruh

inhibitor terhadap perkecambahan (Kumari dan Singh, 1996), menurunnya kadar

auksin atau kerusakan kromoson (Sparrow, 1961), sedangkan radiasi dengan dosis

rendah umumnya menghasilkan pengaruh stimulasi terhadap perkecambahan melalui

peningkatan aktivitas enzim, perbaikan sel-sel respirasi, dan meningkatkan produksi

struktur reproduksi (Luckey, 1998).

IV. POTENSI IRADIASI SINAR GAMMA UNTUK PEMULIAAN MUTASI

TANAMAN HUTAN

Metode pemulian pada prinsipnya dapat diklasifikasikan ke dalam 3 sistem,

yaitu pemuliaan rekombinasi, pemuliaan mutasi, dan pemuliaan transgenik. Setiap

sistem mempunyai cara yang unik untuk mendapatkan keragaman dan menseleksi

individu target (Tabel 4). Pada pemuliaan mutasi, pembangkitan alel-alel termutasi

baru merupakan dasar dan karakter yang unik. Genetik dibalik pemuliaan mutasi

meliputi perbedaan dalam sensitivitas genotipe berbeda dan jaringan tanaman

terhadap mutagen berbeda, yang sering diukur dengan “lethal doses”; genetik yang

terbentuk setelah perlakuan mutagenik berpengaruh terhadap alel-alel dan segregasi

pada generassi berikutnya (Shu, 2013).

11

Mutasi merupakan salah satu teknik yang telah dikembangkan secara luas

sebagai upaya untuk meningkatkan keragaman genetik tanaman untuk mendapatkan

sifat baru sebagai sarana untuk perbaikan genetik tanaman, terutama pada tanaman

yang selalu diperbanyak secara vegetatif sehingga keragaman genetiknya rendah atau

untuk mendapatkan karakter baru dimana sifat tersebut tidak dijumpai pada gene poll

yang ada. Kerugian dari pemuliaan mutasi adalah terbatasnya kemampuan untuk

membangkitkan alel-alel dominan yang mungkin diharapkan, dan juga kurang efektif

dibandingkan perkawinan silang untuk suatu sifat-sifat kombinasi multi alel, seperti

toleran terhadap cekaman lingkungan. Frekwensi mutasi yang rendah juga

memerlukan populasi yang besar untuk menyeleksi mutan-mutan yang diharapkan

(Shu, 2013).

Tabel 4. Perbedaan tiga sistem pemuliaan tanaman berdasarkan beberapa tolok ukur

pemuliaan

Pemuliaan konvensional/

rekombinan

Pemuliaan mutasi Pemuliaan

transgenik

Sumber

variasi

genetik

Rekombinasi alel-alel gen

dari tetuanya

Alel-alel baru dibuat

secara acak dari

endogenous gen

Memasukan gen baru

atau memodikasi

endogenous gen

Transmisi,

ekspresi dan

sifat

penurunan

Tidak ada transmisi,

berhubungan dengan

segregasi alel-alel

berkerabat

Menginduksi mutasi

untuk seleksi diploid

dan haploid

Ekpresi transgenik

Sifat aksi

gen

Dominan, alel-alel yang

resesif

Sebagian besar alel-

alel resesif

Sebagian besar alel

dominan

Generasi

pemuliaan

Sekitar 10 generasi 2-3 generasi Sekitar 3 generasi

Mutasi buatan untuk tujuan pemuliaan tanaman dapat dilakukan dengan

memberikan mutagen. Mutagen yang dapat digunakan untuk mendapatkan mutan ada

dua golongan yaitu mutagen fisik (sinar x, sinar gamma dan sinar ultra violet) dan

mutagen kimia (Ethyl Methan Sulfonat, Diethyl sulfat, Ethyl Amin dan kolkisin).

Perubahan yang ditimbulkan karena pemberian mutagen baik fisik maupun kimia

dapat terjadi pada tingkat genom, kromosom, dan DNA. Mutasi dibedakan menjadi

mutasi kecil (mutasi gen) dan mutasi besar (mutasi kromosom). Mutasi kecil adalah

perubahan yang terjadi pada susunan molekul gen (DNA), sedangkan lokus gennya

tetap, sedangkan mutasi besar adalah perubahan yang terjadi pada struktur dan

susunan kromosom. Mutasi gen disebut juga mutasi titik. Mutasi ini terjadi karena

perubahan urutan basa pada DNA atau dapat dikatakan sebagai perubahan nukleotida

12

pada DNA. Mutasi Kromosom terjadi pada kromosom yang merupakan struktur di

dalam sel berupa deret panjang molekul yang terdiri dari satu molekul DNA yang

menghubungkan gen sebagai kelompok satu rangkaian. Kromosom memiliki dua

lengan, yang panjangnya kadangkala sama dan kadangkala tidak sama, lengan-lengan

itu bergabung pada sentromer (lokasi menempelnya benang spindel selama

pembelahan mitosis dan meiosis). Pengaruh bahan mutagen, khususnya radiasi, yang

paling banyak terjadi pada kromosom tanaman adalah pecahnya benang kromosom

(chromosome breakage atau chromosome aberration). Mutasi kromosom meliputi

perubahan jumlah kromosom dan perubahan struktur kromosom mutasi pada tingkat

kromosom disebut aberasi.

Menurut van Harten (1998), keberhasilan program induksi mutasi sangat

bergantung pada materi tanaman yang mendapat perlakuan mutagen. Qosim (2006)

dalam penelitiannya terhadap kalus nodular manggis, menyebutkan bahwa induksi

radiasi sinar gamma menghasilkan keragaman genetik dengan menggunakan teknik

RAPD dengan keragaman genetik antara 60-91%. Sementara Harahap (2005) dalam

penelitian dengan menggunakan biji manggis hasil iradiasi sinar gamma yang di tanan

secara in vitro, didapat keragaman genetik yang diperoleh sebesar 62-100%. Sobir

dan Poerwanto (2007) menyatakan berdasarkan analisis RAPD pada bibit manggis

hasil iradiasi sinar gamma menggunakan lima primer acak, terbukti keragaman

genetik tanaman hasil iradiasi lebih besar (62%) dibandingkan variabilitas aksesi

manggis di Jawa (27%). Dalam penelitian ini, keragaman genetik yang diperoleh dari

hasil iradiasi sinar gamma sebesar 77-95%, meningkat sebesar 5% dibandingkan

kontrol.

Untuk jenis-jenis tanaman kehutanan, pemuliaan mutasi sangat potensial,

terutama untuk membangkitkan keragaman baru pada jenis-jenis yang keragaman di

alamnya relatif sempit atau untuk mendapatkan karakter-karakter tanaman yang lebih

adaptif terhadap perubahan lingkungan dengan tingkat produktivitas yang tinggi. Pada

tingkat bibit, peningkatan tinggi bibit hasil iradiasi sinar gamma untuk jenis bambang

lanang mampu mencapai 77% pada dosis 80 Gy (Zanzibar dan Sudrajat, 2015),

sementara pada jenis suren, peningkatannya mencapai 600% dibandingkan dengan

kontrol (Zanzibar dan Witjaksono, 2011) (Gambar 3).

13

Gambar 3. Pertumbuhan bibit suren umur 6 bulan yang berasal dari benih yang

diperlakukan dengan penuan dan iradiasi. Bibit dari benih dengan

perlakuan penuaan selama 2 hari - iradiasi 5 Gy (a), penuaan 0 hari -

tanpa iradiasi (b) dan penuaan 0 hari-iradiasi 5 Gy (c).

Penggunaan iradiasi sinar gamma untuk pemuliaan mutasi tanaman hutan

telah dilakukan pada jenis jati malabar pada tingkat kalus (invitro) dosis 2.5 – 30 Gy.

Perlakuan mampu meningkatkan keragaman populasi dasar serta diperolehnya klon

yang produktivitasnya lebih tinggi melalui seleksi yang ketat, baik pada tingkat bibit

maupun pertumbuhan tanaman melalui uji multi lokasi. Pertumbuhan hingga umur 8

tahun di Muna (jarak tanam 4 x 4 m2) diperoleh rata-rata diameter dan tinggi, masing-

masing 32 cm dan 19 meter (lokal Muna, diameter = 16 cm dan tinggi 13.6

meter)(Gambar 4).

(a) (b) (c)

14

Gambar 4. Penampilan tegakan jati lokal Muna umur 5 dan 8 tahun (a dan c) dan jati

hasil pemuliaan mutasi pada umur yang sama (b dan d) di Muna.

KESIMPULAN

Dosis iradiasi sinar gamma dengan dosis rendah dapat dijadikan sebagai

perlakuan benih (seed treatment) yang mampu memperbaiki perkecambahan dan

pertumbuhan bibit beberapa jenis tanaman hutan. Bagaimana pun, untuk mencapai

hasil tersebut sangat penting untuk menseting ambang batas hormetik suatu jenis yang

juga tergantung dari tipe jaringan yang diiradiasi dan jumlah kelembaban di dalam

jaringan. Radiasi hormesis memberikan kemampuan kepada benih untuk

memperbaiki metabolismenya dan meningkatkan viabilitas serta vigor benih dan bibit.

Selain itu, iradiasi juga mampu menciptakan keragaman baru yang sangat penting

untuk proses seleksi (pemuliaan mutasi) terhadap individu-individu tanaman dengan

karakter-karakter yang diinginkan yang mampu meningkatkan produktivitas hutan.

(a) (b)

(c) (d)

15

DAFTAR PUSTAKA

Abdel-Hady, M.S., Okasha, E.M., Soliman, S.S.A., and Tallat, M. 2008. Effect of

gamma radiation and gibberellic acid on germination and alkaloid production

in Atropa belladonna L. Australian Journal of Basic and Applied Sciences

2:401-405.

Ahlowalia, B.S. and M. Maluszynski. 2001. Induced mutation-A new paradigm in

plant breeding. Euphytica 118:167-173.

Akshatha, Chandrashekar, K.R., Somashekarappa, H.M., and Souframanien, J. 2013.

Effect of gamma irradiation on germination, growth, and biochemical

parameters of Terminalia arjuna Roxb. Radiat Prot Environ 36:38-44.

Amjad, M. and Akbar, A. 2003. Effect of post-irradiation storage on the radiation-

induced damage in onion seeds. Asian Journal of Plant Science 2(9):702-707.

Andress, E.L., Delaplane, K.S., and Schuler, G.A. 1994. Food Irradiation. Fact sheet

HE 8467 (Institute of Food and Agricultural Sciences University of Florida,

USA).

Bhargava, Y. and Khalatkar, A. 2004. Improve performance of Tectona grandis seeds

with gamma irradiation. Acta Hortic. 215:51-54.

Chan, Y.K. and Lam, P.F. 2002. Irradiation-induced mutations in papaya with

special emphasis on papaya ringspot resistance and delayed fruit ripening.

Working Material – Improvement of tropical and subtropical fruit trees

through induced mutations and biotechnology. IAEA, Vienna, Austria. pp 35

– 45.

De Micco, V., C. Arena. D. Pignalosa, and M. Durante. 2011. Effects of sparsely and

densely ionizing radiation on plants. Radiat. Environ. Biophys. 50:1-19.

Emovon, E.U. 1996. Keynote Address: Symposium Irradiation for National

Development (Shelda Science and Technology Complex, SHESTCO, Abuja,

Nigeria). pp. 156-164.

Fan, X., Toivonen, P.M.A., Rajkowski, K.T., and Sokorai, K.J.B. 2003. Warm water

treatment in combination with modified atmosphere packaging reduces

undesirable effects of irradiation on the quality of fresh-cut iceberg lettuce.

Journal of Agricultural and Food Chemistry 51:1231–1236.

Gehring, R. 1985. The effect of gamma radiation on Salix nigra Marsh. Cuttings.

Arkansas Academy of Science Proceedings, 39:40-43.

Gruner, M.M., Horvatic, D., Kujundzic, and Magdalenic, B. 1992. Effect of gamma

irradiation on the lipid components of soy protein products. Nahrung, 36: 443-

450.

Habba, I.E. 1989. Physiological effect of gamma rays on growth and productivity of

Hyoscyamus muticus L. and Atropa belladonna L. Ph.D. Thesis, Fac. Agric.

Cairo Univ., Cairo, Egypt. 65-73.

Hai, L., Diep, T.B., Nagasawa, N., Yoshii, F., and Kume, T. 2003. Radiation

depolymerization of chitosan to prepare oligomers. Nucl. Instrum. Methods

Phys. Res. B, 208: 466–470.

16

Hameed, A., Shah, T.M., Atta, M.B., Haq, M.A., and Sayed, H. 2008. Gamma irradi-

ation effects on seed germination and growth, protein content, peroxidase and

protease activity, lipid peroxidation in desi and kabuli chickpea. Pakistan

Journal of Botany 40:1033–1041.

Handayati, W. 2013. Perkembangan pemuliaan mutasi tanaman hias di Indonesia.

Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop dan Radiasi. 9 (1): 67- 80.

Harahap, F. 2005. Induksi variasi genetik tanaman manggis (Garcinia mangostana)

dengan radiasi sinar gamma. Disertasi. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Hell, K.G., and Silveira, M. 1974. Imbibition and germination of gamma irradiation

Phaseolus vulgaris seeds. Field Crop Abst., 38(6): 300.

Hutami, S., Mariska, I., dan Yati Supriati. 2006. Peningkatan keragaman genetik

tanaman melalui keragaman somaklonal. Jurnal Agro Biogen 2(2):81-88.

IAEA. 2009. Induced Mutation in Tropical Fruit Trees. IAEA-TECDOC-1615. Plant

Breeding and Genetics Section. International Atomic Energy Agency, Vienna,

Austria. p161.

Iglesias-Andreu, L.G., Octavio-Aguilar, P. and Bello-Bello, J. 2012. Current

importance and potential use of low doses of gamma radiation in forest

species. In Gamma radiation (Adrovic, F., Ed.). InTech Europe. Rijeka,

Croatia. p. 265-280.

Indrayanti, R., N.A. Mattjik, A. Setiawan, Sudarsono. 2011. Radiosensitivity of

banana cv. Ampyang and potential application of gamma irradiation for

variant induction. J. Agron. Indonesia 39:112-118.

Iqbal, J. 1980. Effects of acute gamma irradiation, developmental stages and cultivar

differences on growth and yiel of wheat and sorghum plants. Environmental

and Experimental Botany, 20(3):219-231.

Ishak. 2012. Agronomic traits, heritability and G x E interaction of upland rice (Oryza

sativa L.) mutant lines. J. Agron. Indonesia 40:105-111.

Khan M.R., Qureshi, A.S., Syed, A.H. and Ibrahim, M. 2005. Genetic variability

induced by gamma irradiation and its modulation with gibberellic acid in M2

generation of Chickpea (Cicer arietinum L.). Pakistan J. Bot. 37(2):285-292.

Kim, J.; Chung, B.; Kim, J. and Wi, S. 2005). Effects of in planta gamma-irradiation

on growth, photosynthesis, and antioxidative capacity of red pepper

(Capsicum annuum L.) plants. Journal of Plant Biology, 48(1): 47-56.

Kovacs E, and Keresztes A. 2002. Effect of gamma and UV‑B/C radiation on plant

cell. Micron, 33:199‑210.

Kovalchuk, I., Molinier, J., Yao, Y., Arkhipov, A., and Kovalchuk, O. 2007. Tran-

scriptome analysis reveals fundamental differences in plant response to acute

and chronic exposure to ionizing radiation. Mutation Research 624:101–113.

Kumar, G. and Singh, Y. 2010. Induced intergenomic chromosomal rearrangements

in Sesamum indicum L. CYTOLOGIA, 75 (2):157-162.

Kumari, R. and Singh, Y. 1996. Effect of gamma rays and EMS on seed germination

and plant survival of Pisum sativum L., and Lens culinaris. Med. Neo

Botanica, 4(1): 25-29.

17

Kuzin, A.M., Vagabova, M.E., and Revin, A.F. 1976. Molecular mechanisms of the

stimulating action of ionizing radiation on seeds. 2. ctivation of protein and

high molecular RNA synthesis. Radiobiologiya, 16: 259-261.

Kuzin, A.M., Vagabova, M.E., and Prinak-Mirolyubov, V.N. 1975. Molecular

mechanisms of the stimulating effect of ionizing radiation on seed. Activation

of RNA synthesis. Radiobiologiya., 15: 747-750.

Kuzin, A.M. 1997. Natural atomic radiation and pehnomenon of life. Bulletin of

Experimental Biology and Medicine 123:313–315.

Luckey, T. 2003. Radiation hormesis overview. RSO Magazine 4:19–36.

Luckey, T. 1998. Radiation hormesis: Biopositive effect of radiation. Radiation

Science and Health. CRC press. Boca Raton, FLO, USA.

Marcu, D., Cristea, V., and L. Daraban. 2012. Dose-dependent effects of gamma

radiation on lettuce (Lactuca sativa var. capitata) seedlings. International

Journal of Radiation Biology, 1–5.

Melki, M., and Morouani, A. 2009. Effects of gamma rays irradiation on seed

germination and growth of hard wheat. Environ Chem Lett. 8:307-310.

Piri, I., Babayan, M., Tavassoli, A. and Javaheri, M. 2011. The use of gamma

irradiation in agriculture. African Journal of Microbiology Research

5(32):5806-5811.

Poster, B.P., and Shu, Q.Y. 2012. Plant Mutagenesis in Crop Improvement: Basic

Terms and Applications. In Plant Mutation Breeding and Biotechnology (Shu,

Q.Y., Poster, B.P. and Nakagawa, Eds.). Joint FAO/IAEA Division of Nuclear

Techniques in Food and Agriculture International Atomic Energy Agency,

Vienna, Austria.

Qosim, W.A. 2006. studi Irradiasi Sinar Gamma Pada Kultur Kalus Nodular Manggis

Untuk Meningkatkan Keragaman Genetik Dan Morfologi Regeneran.

[Disertasi]. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Relleve, L., Nagasawa, N., Luan, L.Q., Yagi, T., Aranilla, C., and Abad, L. 2005.

Degradation of carrageenan by radiation. Polymer Degradation and Stability,

87: 403–410.

Rombo, G.O., Taylor, J.R.N., and Minnaar, A. 2004. Irradiation of maize and bean

flours: Effects on starch physicochemical properties. J. Sci. Food Agric., 84:

350–356.

Santosa, E., Pramono, S., Mine Y., and N. Sugiyama. 2014. Gamma Irradiation on

Growth and Development of Amorphophallus muelleri Blume. J. Agron.

Indonesia 42 (2) : 118-123.

Shu, Q.Y. 2013. Plant Mutation Breeding. Joint FAO/IAEA Division of Nuclear

Techniques in Food and Agriculture International Atomic Energy Agency,

Vienna, Austria.

Singh, N. K. and Balyan H. S. 2009 Induced mutations in bread wheat (Triticum

aestivum L.) CV. ”Kharchia 65” for reduced plant height and improve grain

quality traits. Advances in Biological Research, 3(5-6):215-221.

Sjodin, J. 1962. Some observations in X1 and X2 of Vicia faba L. after treatment with

different mutagens. Hereditas 48:565–573. Sjodin J. 1962. Some observations

18

in X1 and X2 of Vicia faba L. after treatment with different mutagens.

Hereditas 48:565–573.

Sobir dan Poerwanto, R. 2007. Mangosteen genetic and improvement. Intl J Pl Breed

1(2): 105-111.

Sobrizal. 2007. Rice mutation on candidate of restorer mutant lines. J. Agron.

Indonesia 35:75-80.

Soeranto, H. dan Sihono. 2010. Sorghum breeding for improved drought tolerance

using induced mutation with gamma irradiation. J. Agron. Indonesia 38:95-99.

Sokolov, M.; Isayenkov, S. and Sorochynskyi, B. 1998. Low-dose irradiation can

modify viability characteritics of common pine (Pinus sylvestris) seeds.

Tsitologiya Genetika, 32(4): 65- 71.

Sparrow, A. and Woodwell, G. (1962). Prediction of the sensitivity of plants to

chronic gammairradiation. Radiation Botany, 2(1): 9-12.

Surya, M.I. dan Soeranto R. Pengaruh Irradiasi Sinar Gamma terhadap Pertumbuhan

Sorgum manis (Sorghum bicolor L.). Risalah Seminar Ilmiah Aplikasi lsotop

dan Radiasi, 2006. Pp206-215.

Toker C., B. Uzen, H. Canci and F.O. Ceylan. 2005. Effects of gamma irradiation on

the shoot length of Cicer seeds. Radiation Physics and Chemistry. 73:365-367.

Vaiserman, A. (2010). Hormesis, adaptive epigenetic reorganization, and implications

for human health and longevity. Dose Response, 8(1):16–21.

Van Harten, A.M. 1998. Mutation Breeding. Theory and Practical Aplication. Press

Syndicate of the Univ. of Cambridge. UK.

WHO (World Health Organization). 1988. Food irradiation: A technique for

preserving and improving the safety of food (WHO Publication in

Collaboration with FAO). pp. 144-149.

Zaka, R., Chenal, C., and Misset, M.T. 2004. Effect of low doses of short-term

gamma irradiation on growth and development through two generation of

Pisum sativum. Science of the Total Environment 320:121–129.

Zanzibar, M dan Witjaksono. 2011. Pengaruh Penuaan dan Iradiasi Benih dengan

Sinar Gamma (60C) Terhadap Pertumbuhan Bibit Suren (Toona sureni Blume

Merr). Jurnal Penelitian Hutan Tanaman. 8 (2):89-95.

Zanzibar, M. and Sudrajat, D.J. 2015. Effect of Gamma Irradiation on Seed

Germination, Storage, and Seedling Growth of Magnolia champaca (L.) Baill.

ex Pierre. Belum dipublikasikan.

Zanzibar, M., Sudrajat, D.J., Putra, P.G., dan Supardi, E. 2008. Teknik Invigorasi

Benih Tanaman Hutan. Laporan Hasil Penelitian Balai Penelitian Teknologi

Perbenihan. Bogor.