Interaksi Genotipe×Lingkungan dan Toleransi Kekeringan Galur-Galur Dihaploid Padi Sawah

Abstract

Padi merupakan makanan pokok penting di wilayah Asia khususnya Indonesia. Fluktuasi produksi padi Indonesia membuat adanya potensi defisit beras di Indonesia. Perubahan iklim yang sangat ekstrem telah berdampak kepada terjadinya berbagai fenomena penyimpangan cuaca seperti kekeringan. Perubahan iklim dan penurunan produksi padi yang disebabkan oleh cekaman kekeringan, membuat kebutuhan untuk merakit varietas padi sawah berdaya hasil tinggi yang toleran kekeringan meningkat. Perakitan varietas padi unggul berdaya hasil tinggi dan toleran kekeringan dapat dilakukan dengan teknik kultur antera karena dapat mempersingkat waktu menghasilkan galur murni. Berdasarkan penelitian sebelumnya diperoleh 12 galur dihaploid padi sawah dengan potensi hasil yang tinggi berdasarkan pada uji daya hasil pendahuluan (UDHP) dan uji daya hasil lanjutan (UDHL). Varietas padi unggul yang beradaptasi terhadap perubahan iklim dapat dinilai dengan melakukan uji multilokasi (UML) dan pengujian cekaman abiotik (kekeringan). Tujuan umum penelitian ini ialah untuk mendapatkan galur-galur dihaploid padi sawah berdaya hasil tinggi, stabil, dan toleran kekeringan. Uji multilokasi dilaksanakan pada sembilan lingkungan yaitu Bogor I, Bogor II, Bandung, Indramayu I, Indramayu II, Bali, Bantul, Malang I, dan Malang II. Uji toleransi kekeringan dilaksanakan di rumah kaca Balai Besar Pengujian Standar Instrumen (BBPSI) Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian. Bahan genetik yang digunakan pada percobaan ini meliputi 12 galur dihaploid padi sawah, dua varietas pembanding komersial pada uji multilokasi yaitu Inpari 18 Tadah Hujan Agritan dan Bioni 63 Ciherang Agritan, serta dua pembanding pada uji toleransi kekeringan yaitu IR-20 sebagai cek peka kekeringan dan Salumpikit sebagai cek toleran kekeringan. Parameter analisis stabilitas yang dilakukan pada percobaan ini yaitu Francis dan Kannenberg, Finlay dan Wilkinson, Eberhart Russell, Kang, Additive Main Effect and Multiplicative Interaction (AMMI), Genotype + Genotype by Environment (GGE), dan Average Rank (AR). Uji toleransi kekeringan terhadap karakter penggulungan daun, kekeringan daun, dan daya tumbuh kembali diamati berdasarkan Standard Evaluation System for Rice dari IRRI. Hasil analisis gabungan pada sembilan lingkungan menunjukkan terdapat pengaruh lingkungan, genotipe, dan interaksi genotipe dan lingkungan yang signifikan pada semua karakter yang diamati. Karakter agronomi galur-galur dihaploid padi sawah yang diamati memiliki tinggi tanaman kategori pendek (91,1-106,7 cm), jumlah anakan produktif 18,4-21,9 anakan, umur panen genjah (115,9-119,0 hari), panjang malai 22,9-25,5 cm, persentase gabah isi 75,2-83,5%, dan bobot 1.000 butir 25,7-31,1 g. Produktivitas galur-galur dihaploid padi sawah yang diuji berkisar pada 6,90-7,64 ton ha-1. Secara umum semua galur memiliki rata-rata produktivitas lebih tinggi dari Inpari 18 dan setara dengan Bioni 63. Galur AE1 dan AE5 merupakan galur yang memiliki produktivitas lebih tinggi dibandingkan dua varietas pembanding. Berdasarkan analisis stabilitas parametrik (statis dan dinamis) dan stabilitas non-parametrik yang telah dilakukan galur AE2, AE4, dan AE12 merupakan galur yang konsisten stabil pada kedua jenis analisis stabilitas. Analisis stabilitas metode AMMI menunjukkan galur AE1, AE2, AE5, AE6, dan AE12 merupakan galur stabil yang memiliki rata-rata produktivitas lebih tinggi dibandingkan rataan umum pada sembilan lingkungan. Berdasarkan GGE biplot menurut mean vs stability galur AE1 memiliki produktivitas terbaik dan berada paling dekat dengan titik genotipe ideal pada GGE biplot peringkat genotipe. Berdasarkan biplot AMMI II dan GGE biplot which won where terdapat beberapa galur/varietas yang memiliki adaptasi spesifik lokasi yaitu varietas pembanding Bioni 63 spesifik lingkungan Bali dan Bogor II, varietas pembanding Inpari 18 spesifik lingkungan Bantul, galur AE4 spesifik lingkungan Bandung, galur AE3 spesifik lingkungan Malang II, dan galur AE11 spesifik lingkungan Indramayu I. Berdasarkan rekapitulasi peringkat stabilitas terdapat delapan galur dihaploid padi sawah yang memiliki nilai AR (average rank) terbaik yaitu AE1, AE2, AE4, AE5, AE6, AE7, AE8 dan AE12. Hasil uji kekeringan galur-galur dihaploid padi sawah pada fase bibit dengan uji Friedman menjelaskan bahwa terdapat perbedaan signifikan peringkat galur yang diuji pada karakter penggulungan daun, kekeringan daun, dan daya tumbuh kembali. Berdasarkan hasil nilai indeks seleksi terhadap pengamatan karakter uji kekeringan diperoleh delapan galur yang memiliki nilai indeks seleksi positif. Visualisasi hasil indeks seleksi dengan heatmap terdapat empat galur dihaploid dengan indeks seleksi positif yaitu AE1, AE5, AE8, dan AE12 yang mengelompok dengan cek toleran Salumpikit. Rekapitulasi dari beberapa pengujian yang telah dilakukan terdapat tiga galur dihaploid padi sawah yang berdaya hasil tinggi, stabil, dan toleran kekeringan yaitu AE1 (7,46 ton ha-1), AE5 (7,42 ton ha-1), dan AE12 (7,15 ton ha-1).

Rice is an important staple food in the Asian region, especially Indonesia. Fluctuations in Indonesia's rice production have led to a potential rice deficit in Indonesia. Extreme climate change has resulted in various weather aberration phenomena such as drought. Climate change and the decline in rice production caused by drought stress have increased the need to breed high-yielding drought-tolerant rice varieties. The breeding of high-yielding and drought-tolerant rice varieties can be done with anther culture technique because it can shorten the time needed to produce pure lines. The previous research obtained 12 doubled haploid (DH) rice lines with high yield potential based on the preliminary (PYT) and advanced yield trial (AYT). Superior rice varieties that adapt to climate change can be assessed by conducting multilocation yield trials (MYT) and abiotic stress testing (drought). This research aims to obtain high-yielding, stable, and drought-tolerant doubled haploid rice lines. MYT was conducted in nine environments: Bogor I, Bogor II, Bandung, Indramayu I, Indramayu II, Bali, Bantul, Malang I, and Malang II. A drought tolerance test was conducted in the greenhouse of the Center for Instruments Standard Testing Agricultural of Biotechnology and Genetic Resources (BBPSI Bogor). The genetic materials used in this experiment included 12 DH rice lines, two commercial check varieties in the MYT, namely Inpari 18 Rainfed Agritan and Bioni 63 Ciherang Agritan, and two checks in the drought tolerance test, namely IR-20 as a drought-sensitive check and Salumpikit as a drought-tolerant check. The stability analysis parameters employed in this experiment included the Francis and Kannenberg method, Finlay and Wilkinson method, Eberhart and Russell method, Kang's method, Additive Main Effect and Multiplicative Interaction (AMMI), Genotype + Genotype by Environment (GGE), and Average Rank (AR). Observations for drought tolerance were made based on leaf rolling, leaf drying, and recovery ability, following the Standard Evaluation System for Rice provided by the International Rice Research Institute (IRRI). The combined analysis results in nine environments showed a significant effect of environment, genotype, and the interaction of genotype and environment on all observed characters. The agronomic characters of DH rice lines observed had short plant height (91.1-106.7 cm), number of productive tillers 18.4-21.9 tillers, early harvest age (115.9-119.0 days), panicle length 22.9-25.5 cm, percentage of filled grains 75.2-83.5%, and 1,000-grain weight 25.7-31.1 g. The productivity of the tested DH rice lines ranged from 6.90-7.64 tons ha-1. All lines generally have an average productivity higher than Inpari 18 and equivalent to Bioni 63. AE1 and AE5 lines have higher productivity than the two commercial check varieties. Based on parametric stability analysis (static and dynamic) and non-parametric stability, the AE2, AE4, and AE12 lines are consistently stable in both types of stability analysis. Stability analysis of AMMI method lines AE1, AE2, AE5, AE6, and AE12 are stable lines with higher average productivity than the general average in nine environments. Based on the GGE biplot according to mean vs stability, AE1 has the best productivity and is the closest to the ideal genotype point on the GGE biplot ranking genotypes. Based on the AMMI II biplot and GGE biplot which won where, several lines/varieties have location-specific adaptations, namely the check varieties Bioni 63 specific to the Bali and Bogor II environments, the check varieties Inpari 18 specific to the Bantul environment, AE4 specific to the Bandung environment, AE3 specific to Malang II environment, and AE11 specific to the Indramayu I environment. Based on the recapitulation of stability rankings, eight lines of DH rice lines have the best AR (average rank) value, namely AE1, AE2, AE4, AE5, AE6, AE7, AE8 and AE12. The results of the drought test of DH rice lines at the seedling stage with the Friedman test explained significant differences in the ranking of lines tested on the character of leaf rolling, leaf drying, and recovery ability. The results of the selection index value on the observation of drought test characters obtained eight lines with a positive selection index value. Visualizing the results of the selection index using a heatmap, there are four DH lines with a positive selection index, namely AE1, AE5, AE8, and AE12, which are clustered with the Salumpikit check tolerant. The recapitulation of several tests that have been carried out obtained three lines of DH rice lines with high yield, stable, and drought tolerant, namely AE1 (7.46 tons ha-1), AE5 (7.42 tons ha-1), and AE12 (7.15 tons ha-1).