Toleransi dan Adaptasi Genotipe Jagung (Zea mays L.) pada Cekaman Salinitas

Abstract

Jagung merupakan komoditas pangan yang memiliki peran strategis untuk kebutuhan pangan, pakan dan juga bahan baku industri. Peran strategis tersebut menjadikan jagung menjadi komoditas yang terus berkembang dan selalu mengalami peningkatan setiap tahunnya seiring pertumbuhan populasi global dan tekanan terhadap sistem ketahanan pangan yang semakin menantang dan kompleks. Namun produksi jagung nasional masih mengalami fluktuasi. Peningkatan produksi mengalami keterbatasan, salah satunya yaitu adanya cekaman abiotik seperti salinitas. Cekaman salinitas merupakan salah satu kendala dalam pengembangan jagung di lahan marginal. Salinitas menjadi salah cekaman abiotik yang kompleks karena melibatkan komponen osmotik, ionik, dan oksidatif yang bekerja secara simultan sepanjang siklus hidup tanaman. Pada kondisi salin, tanaman mengalami stres osmotik yang menurunkan kemampuan menyerap air serta stres ionik yang mengganggu keseimbangan hara. Jagung yang tergolong tanaman glikofit hanya dapat bertahan hidup pada lingkungan dengan kadar garam yang rendah, terutama pada fase awal pertumbuhan dan fase reproduktif. Penelitian ini bertujuan 1) mempelajari keragaan dan potensi hasil hibrida jagung pada kondisi salin dan non salin; 2) memperoleh informasi mengenai beberapa indeks cekaman salinitas pada sejumlah hibrida jagung; 3) mempelajari pengaruh salinitas terhadap pertumbuhan jagung pada fase vegetatif. Penelitian ini terdiri atas tiga percobaan, dua percobaan dilakukan pada dua kondisi lingkungan berbeda di lapang, dan satu percobaan dilakukan di greenhouse dengan rancangan split-plot RKLT dengan empat taraf. Percobaan satu dan dua memberikan informasi mengenai keragaan karakter dan potensi hasil genotipe jagung pada kondisi salin dan non salin, nilai daya gabung umum dan khusus (DGU dan DGK), serta beberapa indeks toleransi cekaman. Evaluasi pada percobaan satu dan dua ini menggunakan rancangan alpha lattice dua ulangan dengan 72 genotipe jagung dan enam varietas pembanding. Hasil menunjukkan kondisi salinitas menurunkan keragaan agronomi dan potensi hasil jagung dibandingkan dengan kondisi non salin. Penurunan ini dapat disebabkan oleh meningkatnya tekanan osmotik tanah dan akumulasi ion Na? dan Cl? di sekitar perakaran yang menghambat penyerapan air dan hara esensial. Perbedaan respon antar genotipe terlihat pada fase pembungaan, khususnya pada umur berbunga jantan, umur berbunga betina. Pada kondisi salin, sebagian besar genotipe mengalami percepatan umur berbunga. Interaksi antara genotipe dan lingkungan (GxE) yang signifikan pada beberapa karakter penting seperti umur berbunga, tinggi tanaman, tinggi tongkol, panjang tongkol, dan komponen biji menunjukkan bahwa perbedaan respon genotipe terhadap salinitas bersifat spesifik lingkungan. Hal ini menunjukkan bahwa genotipe yang unggul pada kondisi non salin belum tentu memiliki keragaan terbaik pada kondisi salin. Analisis daya gabung menunjukkan bahwa nilai DGU bervariasi di antara tetua. Kondisi demikian menggambarkan adanya keragaman pengaruh alel aditif terhadap karakter agronomi dan komponen hasil. Galur L27 menunjukkan nilai duga DGU negatif tinggi pada umur berbunga yang mengindikasikan percepatan berbunga pada kondisi cekaman, selain itu galur L27 menghasilkan nilai duga DGU yang positif tinggi untuk beberapa karakter terutama pada komponen hasil. Analisis juga dilakukan pada daya gabung khusus (DGK). Nilai DGK yang tinggi menunjukkan adanya interaksi genetik non aditif, seperti dominansi dan epistasis, yang bekerja secara spesifik pada pasangan tetua tertentu. Kombinasi L15 x P42 dan L26 x P2A menunjukkan nilai daya gabung khusus (DGK) yang positif dan tinggi pada hampir seluruh karakter terkait hasil, termasuk panjang tongkol, diameter tongkol, jumlah baris biji, jumlah biji per baris, bobot tongkol, bobot pipilan, rendemen, dan produksi. Pola ini mengindikasikan bahwa kombinasi genetik antara tetua L15 dan P42 serta L26 dan P2A memiliki tingkat kecocokan yang tinggi, sehingga menghasilkan efek non-aditif yang kuat dalam meningkatkan produktivitas. Pemilihan genotipe jagung berdasarkan respon terhadap cekaman salinitas dilakukan dengan mempertimbangkan beberapa indeks seleksi yang memiliki fokus berbeda. Genotipe yang terpilih sebagai toleran terhadap salinitas ditentukan berdasarkan nilai tolerance index (TOL) dan stress susceptibility index (SSI) yang rendah, yang menunjukkan kemampuan genotipe untuk mempertahankan hasil meskipun berada pada lingkungan tercekam. Genotipe G37, G24, G70, G28, G07, G36 dan G48 merupakan genotipe yang toleran cekaman salinitas. Sementara itu, genotipe yang menunjukkan daya adaptasi pada lingkungan optimum diidentifikasi melalui yield potential (Yp), yaitu kemampuan genotipe untuk menghasilkan produksi tinggi pada kondisi non stress, terpilih genotipe G76, G49, G78, G75, G73 sebagai genotipe yang adaptif pada kondisi optimum. Selanjutnya, genotipe yang adaptif terhadap tanah salin ditentukan berdasarkan hasil pada kondisi salinitas (Ys) dan yield index (YI), yang mencerminkan kemampuan genotipe untuk memberikan hasil relatif tinggi pada kondisi stres. Genotipe G24, G74, G73, G22, G18 dan G48 merupakan genotipe yang memiliki adaptasi baik pada tanah salin. Korelasi yang kuat antara indeks mean productivity (MP), geometric mean productivity (GMP), harmonic mean (HM), stress tolerance index (STI) dengan Yp dan Ys mengindikasikan bahwa indeks-indeks tersebut dapat digunakan dalam pemilihan genotipe secara simultan untuk adaptasi pada kedua kondisi. Seleksi menggunakan multi-trait genotype-ideotype distance index (MGIDI) dengan delapan karakter memeperoleh G47, G31, G52, G70, G1, G55, G11, G17 sebagai genotipe terpilih berdasarkan spesifik lokasi pada tanah salin. Evaluasi cekaman salinitas pada fase vegetatif menunjukkan salinitas memberi pengaruh yang nyata pada seluruh karakter pertumbuhan vegetatif awal jagung yang diamati. Setiap peningkatan taraf salinitas diikuti dengan penurunan panjang akar, panjang tunas, ukuran daun serta biomassa pada jagung. Penelitian ini juga memperoleh temuan bahwa 120mM merupakan taraf efektif dalam membedakan genotipe toleran dan peka.

Maize is a strategic food commodity that meets food, feed, and industrial needs. This strategic role makes maize a commodity that continues to grow each year, in line with global population growth and the increasingly challenging, complex pressures on food security systems. However, national maize production remains volatile. The limited increase in production indicates constraints, including abiotic stress such as salinity. Salinity stress is one of the obstacles to maize development in marginal lands. Salinity is a complex abiotic stress because it involves osmotic, ionic, and oxidative components that work simultaneously throughout the plant’s life cycle. Under saline conditions, plants experience osmotic stress that reduces their ability to absorb water, as well as ionic stress that disrupts nutrient balance. Maize, a glycophyte, can survive only in environments with low salt content, especially during the early stages of growth and the reproductive phase. This study aimed to 1) evaluate the agronomic traits and yield potential of maize hybrids under saline and non-saline conditions; 2) obtain information on several salinity stress indices of each genotype; 3) determine the effect of salinity on vegetative growth of maize plants. This study consisted of three experiments: two field experiments using an alpha lattice design and one greenhouse experiment with a split-plot randomized complete block design with four levels of salinity. Experiments one and two provided information on the characteristics and yield potential of maize genotypes under saline and non-saline conditions, general and specific combining ability (GCA and SCA), and several stress tolerance indices. The evaluation in experiments one and two used 72 maize genotypes and six check varieties. The results showed that salinity reduced agronomic traits and yield potential in maize compared to non-saline conditions. This reduction may be due to increased soil osmotic pressure and the accumulation of Na? and Cl? ions around the roots, which inhibited the absorption of water and essential nutrients. Differences in response between genotypes were observed during the flowering phase, particularly in the age at which male and female flowers appeared. Under saline conditions, most genotypes showed accelerated flowering. Significant genotype-by-environment (GxE) interactions on several important traits, including flowering age, plant height, ear height, ear length, and grain components, indicated that differences in genotype responses to salinity were environment-specific. This means that genotypes that are superior under non-saline conditions may not necessarily perform best under saline conditions. A combined power analysis indicates that general combining ability (GCA) values vary among parents. This condition illustrates the diversity of additive effects of alleles on agronomic traits and yield components. Line L27 showed a high negative GCA estimate at flowering, indicating accelerated flowering under stress. In addition, line L27 produced a high GCA estimate for several traits, especially yield components. Analysis was also conducted on specific combining ability (SCA). High SCA values indicate the presence of non-additive genetic interactions, such as dominance and epistasis, that act in specific parent pairs. The combinations L15 x P42 and L26 x P2A showed high, positive specific combining ability (SCA) values for almost all major yield traits, including ear length, ear diameter, number of kernel rows, number of kernels per row, ear weight, grain weight, yield percentage, and production. This pattern indicates that the genetic combinations between parents L15 and P42 and L26 and P2A are highly compatible, resulting in a strong non-additive effect on productivity. Maize genotypes were selected based on their response to salinity stress using several selection indices with different focuses. Genotypes selected as tolerant to salinity were determined based on low tolerance index (TOL) and stress susceptibility index (SSI) values, which indicate their ability to maintain yield even under stress. Genotypes G37, G24, G70, G28, G07, G36, and G48 are tolerant of salinity stress. Meanwhile, genotypes that showed adaptability to optimum environments were identified based on yield potential (Yp), the ability of a genotype to produce high yields under non-stress conditions. Genotypes G76, G49, G78, G75, and G73 were selected as adaptive to optimum conditions. Furthermore, genotypes that are adaptive to saline soil were identified based on the yield under salinity conditions (Ys) and yield index (YI), which reflect their ability to produce relatively high yields under stress. Genotypes G24, G74, G73, G22, G18, and G48 are well adapted to saline soil. The strong correlation between the mean productivity (MP), geometric mean productivity (GMP), harmonic mean (HM), and stress tolerance index (STI) indices with Yp and Ys indicates that these indices can be used simultaneously in genotype selection for adaptation to both conditions. In addition. Selection using multi-trait genotype-ideotype distance index (MGIDI) with eight characters yielded G47, G31, G52, G70, G1, G55, G11, and G17 as selected genotypes based on specific locations in saline soil. Evaluation of salinity stress during the vegetative phase showed that salinity significantly affected all observed early vegetative growth characteristics of maize. Decreases in root length, shoot length, leaf size, and biomass in maize accompanied each increase in salinity. In addition, 120 mM was found to be the practical level in distinguishing tolerant and sensitive genotypes.