Evaluasi Toleransi Kekeringan Kentang (Solanum tuberosum L.) pada Kondisi In Vitro dan In Vivo.

Abstract

Perubahan iklim menyebabkan kekeringan yang menyebabkan ketersediaan air untuk pertanaman kentang akan berkurang, hal ini karena pertanaman kentang di daerah pegunungan yang pengairannya bergantung pada curah hujan. Tanaman kentang sangat sensitif terhadap cekaman kekeringan dengan penurunan hasil panen yang signifikan. Untuk mengatasi masalah pengairan saat kekeringan dapat menggunakan kentang toleran kekeringan yang dapat berproduksi baik saat tercekam kekeringan. Sistem pergantian pertanaman kentang dengan genotipe toleran terhadap cekaman kekeringan harus berjalan lebih cepat, hal ini dapat dipenuhi melalui siklus pemuliaan yang akurat, salah satunya didukung oleh metode seleksi yang efektif yaitu mudah dan cepat. Tujuan umum penelitian ini untuk mengevaluasi toleransi kekeringan kentang berupa respon morfologi, fisologi dan biokima serta mengembangkan metode seleksi in vitro dan in vivo dalam upaya meningkatkan efisiensi dan akurasi dalam menetapkan genotipe toleran kekeringan sebagai pendukung ketersediaan pangan. Tujuan khusus penelitian ini untuk (1) memperoleh karakter morfologi dan fisiologi yang dapat dijadikan karakter seleksi serta memperoleh genotipe yang terindikasi toleran kekeringan secara in vitro, (2) memperoleh karakter morfologi dan fisiologi yang dapat dijadikan karakter seleksi serta memperoleh genotipe yang terindikasi toleran kekeringan secara in vivo (3) menjelaskan korelasi antara karakter morfologi dan umbi in vitro dengan umbi in vivo (4) memperoleh informasi kandungan metabolit sekunder yang berasosiasi dengan cekaman kekeringan in vivo. Materi yang digunakan dalam penapisan genotipe toleran kekeringan in vitro adalah koleksi Laboratorium PKHT. Metode yang digunakan adalah penambahan sorbitol (0.1, 0.2, 0.3, 0.4 M) sebagai agen seleksi dalam media induksi tunas, selanjutnya sebagian diamati sebagai respon morfologi dan fisologi sedangkan sebagian lagi dilanjutkan dengan penyiraman media pengumbian untuk melihat respon pengumbian in vitro. Hasil kajian menunjukkan sorbitol 0.2 M dapat digunakan sebagai agen seleksi dalam penapisan in vitro. Penentuan karakter seleksi secara in vitro berdasarkan penurunan relatif dan anilisis ragam menghasilkan karakter panjang akar dan tinggi tanaman yang terpilih menjadi karakter seleksi. Berdasarkan analisis pada karakter seleksi dan hasil umbi in vitro menghasilkan genotipe toleran secara in vitro adalah PKHT4 dan PKHT6. Penapisan secara in vitro dapat digunakan sebagai penapisan awal untuk mendapatkan genotipe toleran. Materi yang digunakan dalam penapisan genotipe toleran kekeringan in vivo adalah koleksi dari Laboratorium PKHT dan dua varietas komersial pembanding. Metode yang digunakan adalah tanaman kentang yang berasal dari planlet yang telah diaklimatisasi tiga kali di budidaya didalam screening house. Setelah tanaman kentang berumur 25 HST dibagi ke dalam tiga kelompok, kelompok pertama adalah kontrol dengan pengairan setiap hari, kelompok kedua dikeringkan tanpa penyiraman selama 21 hari, kelompok ketiga tanaman umur 50 HST dikeringkan tanpa penyiraman selama 14 hari. Setelah perlakuan kekeringan tanaman diairi kembali sampai tanaman kentang umur 90 HST ketiga kelompok dipanen bersamaan. Hasil kajian penapisan genotipe toleran in vivo menunjukkan karakter yang termasuk dalam karakter yang memiliki interaksi tidak saling silang (non-crossover) dapat dijadikan kandidat karakter seleksi yang memiliki potensi dalam pembentukan indeks seleksi. STI (Stress Tolerance Index) sebagai indeks toleransi dapat membedakan kelompok koleksi PKHT IPB yang memiliki keunggulan di lingkungan optimal maupun tercekam dengan genotipe komersial. Analisis komponen utama Indeks seleksi STI yang terbentuk adalah 0.64 bobot segar umbi+0.46 bobot kering batang+0.61 bobot kering umbi. Berdasarkan cluster heat map dan pemetaan STI Indeks seleksi pada kekeringan 25 HST dengan STI stomata kekeringan 25 HST genotipe PKHT7 dan PKHT6 berpotensi toleran kekeringan pada umur 25 HST maupun 50 HST sedangkan PKHT4 berpotensi toleran bila kekeringan pada umur 25 HST di mana ketiga genotipe memiliki mekanisme penangkapan karbon yang berbeda karena ketiga genotipe toleran memiliki kerapatan stomata saat kekeringan ada yang meningkatkan namun ada genotipe toleran yang menurunkan kerapatan stomata. Hasil kajian korelasi morfologi dan umbi in vitro dengan umbi in vivo menunjukkan karakter panjang akar dan tinggi tanaman in vitro merupakan karakter seleksi in vitro yang dapat memprediksi genotipe toleran kekeringan secara in vivo saat umur tanaman 25 HST namun tidak dapat memprediksi genotipe toleran kekeringannya secara in vivo saat umur tanaman 50 hari. PKHT4 dan PKHT6 merupakan genotipe toleran terhadap kekeringan berdasarkan karakter seleksi in vitro. Hasil kajian metabolit sekunder umbi kentang yang berasosiasi dengan cekaman kekeringan menunjukkan ada tiga kelompok di mana senyawa dalam kelompok A merupakan senyawa yang selalu dimetabolisme pada umbi kentang, kelompok B sebagian besar terinduksi pada genotipe PKHT4, hanya sebagian kecil yang terinduksi pada genotipe Granola dan PKHT6, kelompok C adalah kelompok senyawa yang sebagian besar terinduksi pada PKHT6. Senyawa penciri kekeringan pada kelompok A adalah stigmasterol, pada kelompok B adalah 5 - [2 -(Dimethylamino)ethyl] – 2 - (4-methoxyphenyl) – 4 – oxo - 2, 3, 4, 5 – tetrahydro -1,5 benzothiazepin – 3 – yl - acetate dengan nama dagang Diltiazem dan pada kelompok C adalah 9,12,15 - Octadecatrienoic acid, ethyl ester, dengan nama lain ethyl linolenate.

Climate change causes drought, and if there is a drought, the availability of water for potato planting will decrease, this is because potato cultivation is in mountainous areas whose irrigation depends on rainfall. Potato plants are very sensitive to drought stress with a significant reduction in yields. To overcome the problem of watering during drought, drought tolerant potatoes can be used which can produce well when stressed by drought. The replacement system for drought-tolerant varieties must run faster, this can be met through an accurate breeding cycle, one of which is supported by an effective selection method that is easy and fast. The general purpose of this study was to evaluate potato drought tolerance in the form of morphological, physiological and biochemical responses and to develop in vitro and in vivo selection methods in an effort to increase efficiency and accuracy in determining drought tolerant genotipes as a supporter of food availability. The specific objectives of this study were to (1) obtain morphological and physiological characters that could be used as selection characters and obtain genotipes indicated to be drought tolerant in vitro, (2) obtain morphological and physiological characters that could be used as selection characters and obtain genotipes indicated to be drought tolerant in vitro. in vivo (3) explained the correlation between morphological characters and tubers in vitro with tubers in vivo (4) obtained information on the content of secondary metabolites associated with drought stress in vivo. The material used in screening for drought tolerant genotipes in vitro is the collection of the PKHT Laboratory. The method used was the addition of sorbitol (0.1, 0.2, 0.3, 0.4 M) as a selection agent in the shoot induction medium, then some were observed as a morphological and physiological response, while the other was followed by watering the tuber media to see the tuber response in vitro. The results showed that 0.2 M sorbitol could be used as a selection agent in in vitro screening. Determination of the selection character in vitro based on relative decline and analysis of variance resulted in the character of root length and plant height being selected as selection characters. Based on the analysis of the selection character and in vitro tuber yield, the in vitro tolerant genotipes were PKHT4 and PKHT6. In vitro screening can be used as an initial screening to obtain tolerant genotipes. The material used in this research is a collection from the PKHT Laboratory. The method used is potato plants derived from plantlets that have been acclimatized three times in cultivation in the screening house. After 25 DAP potato plants were divided into three groups, the first group was control with daily irrigation, the second group was dried without watering for 21 days, and the third group was dried without watering for 14 days. After the drought treatment, the plants were irrigated again until the potato plants were 90 DAP, the three groups were harvested simultaneously. The results of the in vivo tolerant genotipe screening study showed that characters belonging to characters that had non-crossover interactions could be used as candidate selection characters that have the potential to form a selection index. STI as a tolerance index can distinguish IPB PKHT collection groups that have advantages in optimal or stressed environments with commercial genotipes. Main component analysis The STI selection index formed was 0.64 fresh weight of tubers + 0.46 dry weight of stems + 0.61 dry weight of tubers. Based on the cluster heatmap and STI mapping, the selection index at 25 DAP drought with STI drought stomata at 25 DAP genotipes PKHT7 and PKHT6 were potentially drought tolerant at 25 DAP and 50 DAP, while PKHT4 was potentially drought tolerant at 25 DAP where the three genotipes had different carbon capture mechanisms. The results of the study of the correlation of morphology and in vitro tubers with in vivo tubers showed that the characters of root length and plant height in vitro were in vitro selection characters that could predict drought tolerant genotipes in vivo at 25 DAP but could not predict their drought tolerant genotipes in vivo at 25 HST. crop 50 days. PKHT4 and PKHT6 are drought tolerant genotipes based on in vitro selection characters. The results of the study of secondary metabolites of potato tubers associated with drought stress showed that there were three groups where the compounds in group A were compounds that were always metabolized in potato tubers, group B was mostly induced in the PKHT4 genotipe, only a small part was induced in the Granola genotipe and PKHT6, group C is a group of compounds that are mostly induced in PKHT6. The dryness marker compound in group A is stigmasterol, in group B is 5-[2-(Dimethylamino)ethyl]-2-(4-methoxyphenyl)-4-oxo-2,3,4,5-tetrahydro-1,5 benzothiazepine -3-yl-acetate with the trade name Diltiazem and in group C is 9,12,15-Octadecatrienoic acid, ethyl ester, with another name ethyl linolenate.