Analisis Keragaman Genetik Biomassa dan Nira untuk Bioenergi pada Populasi F2 Sorgum Hasil Persilangan Samurai 2 x Bioguma 1 Agritan.

Abstract

Meningkatnya populasi global dan terbatasnya sumber energi berbasis fosil menyebabkan ketidakpastian dalam permintaan energi di masa depan. Sorgum (Sorghum bicolor L. (Moench)) merupakan tanaman multiguna yang kaya akan biomassa, dapat digunakan sebagai bahan baku untuk produksi bahan bakar nabati dan sebagai sumber karbohidrat alternatif yang memiliki manfaat nutrisi. Pemilihan genotipe sorgum dengan kandungan lignoselulosa yang tinggi dan sifat morfogenetik yang spesifik dapat meningkatkan hasil biomassa untuk tujuan bioenergi. Selain itu, kemampuan sorgum untuk ditanam kembali dan luas areal produksinya yang terus meningkat menjadikan sorgum sebagai solusi potensial untuk memenuhi kebutuhan energi dan pangan masa depan. Penelitian ini bertujuan untuk 1) memperoleh informasi keragaman genetik sifat terkait biomassa dan agronomi, serta genotipe potensial yang berdaya hasil tinggi pada populasi segregasi sorgum; 2) memperoleh informasi pola pewarisan sifat agronomi dan hasil biomassa pada populasi F2 sorgum; 3) mengevaluasi keragaman genetik karakter terkait hasil biomassa dan potensi bioetanol dari genotipe-genotipe sorgum untuk bioenergi; 4) memperoleh informasi keragaman dan potensi hasil biomassa pada genotipe-genotipe sorgum ratun. Sebanyak 320 genotipe F2 hasil persilangan Samurai 2 x Bioguma 1 dievaluasi keragaman genetiknya dengan menggunakan rancangan populasi bersegregasi berbasis individu dan Rancangan Kelompok Lengkap Teracak (RKLT) untuk tetua dan genotipe cek. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat keragaman genetik yang luas untuk sifat bobot biomassa segar dan volume nira pada populasi F2. Koefisien variasi untuk kedua sifat ini masing-masing sebesar 40,64% dan 68,03%. Nilai heritabilitas untuk semua karakter yang diamati berkisar dari rendah hingga tinggi (0% dan 89,27%). Bobot biomassa segar dipengaruhi oleh beberapa gen, sedangkan volume nira dikendalikan oleh sedikit gen saja, yang mengindikasikan adanya potensi seleksi yang efektif untuk sifat-sifat tersebut. Beberapa karakter lain, termasuk tinggi tanaman, diameter batang, stay green, intensitas kehijauan daun, luas daun, nilai brix, dan bobot biji per malai, memiliki heritabilitas yang tinggi dan dapat digunakan sebagai kriteria seleksi. Semua karakter yang diamati, kecuali nilai brix, berkorelasi positif dan signifikan dengan bobot biomassa segar dan volume nira. Bobot batang memiliki pengaruh langsung yang kuat terhadap volume nira dan bobot biomassa segar, menunjukkan bahwa seleksi untuk sifat-sifat ini dapat didasarkan pada bobot batang. Seleksi simultan berdasarkan indeks MGIDI mengidentifikasi 26 genotipe terbaik dengan diferensial seleksi sebesar 9,35% dan 28,1% untuk berat biomassa segar dan volume nira. Evaluasi keragaman genetik dan potensi hasil bioetanol menggunakan 6 genotipe sorgum yang terdiri dari tiga galur IPB, yakni IPB 1, IPB 4, dan IPB 7, dan tiga varietas sorgum nasional, yakni Samurai 2, Bioguma 1 Agritan , dan Numbu yang dievaluasi pada lingkungan optimal dengan menggunakan rancangan kelompok lengkap teracak dan tiga ulangan. Hasil penelitian menunjukkan adanya variasi yang signifikan pada beberapa karakteristik seperti tinggi tanaman, diameter batang, kandungan brix, volume nira, panjang malai, diameter malai, dan bobot biji. Dua genotipe, Bioguma 1 Agritan dan Numbu, memiliki performa yang unggul dalam hal volume nira dan nilai brix, yang menunjukkan potensi genotipe yang baik untuk produksi bioetanol. Percobaan ini menghasilkan rata-rata potensi bioetanol sebesar 33,38%, dan kandungan etanol maksimum mencapai 99,47% dengan menggunakan metode destilasi bertingkat. Proses seleksi menggunakan regresi bertahap menghasilkan lima model terbaik dengan nilai R-square yang tinggi untuk setiap sifat yang diprediksi. Selain itu, analisis strength and weakness menunjukkan empat genotipe terbaik, yaitu Samurai 2, Bioguma 1, Numbu, dan IPB 1, yang memiliki potensi hasil biomassa yang tinggi, sehingga menjadikannya kandidat yang cocok untuk dikembangkan lebih lanjut dalam pemuliaan sorgum untuk tujuan bioenergi. Terdapat 109 genotipe F2 sorgum ratun yang mampu tumbuh setelah panen pertama dan enam genotipe cek yang dievaluasi pada percobaan tanaman ratun. Tanaman yang diamati merupakan ratun dari hasil panen pada percobaan pertama dengan menggunakan rancangan yang sama. Komponen biomassa pada tanaman ratun dipanen pada fase vegetatif atau berbunga. Hasil penelitian menunjukkan bahwa genotipe yang diuji memberikan pengaruh yang signifikan terhadap keragaman hasil terkait biomassa pada tanaman ratun. IPB 4, Bioguma 1 dan Numbu memiliki hasil biomassa yang tinggi pada tanaman ratun. Seleksi multi karakter berdasarkan MGIDI dengan intensitas seleksi 10%, diperoleh 11 genotipe terbaik dengan potensi hasil biomassa yang tinggi pada tanaman ratun. Genotipe G187 merupakan genotipe dengan hasil biomassa tertinggi. Berdasarkan analisis klaster dan analisis komponen utama, mengindikasikan genotipe-genotipe unggul pada populasi F2 tersebut cenderung memiliki kemiripan genetik dengan genotipe tetua Bioguma 1, dan genotipe cek IPB 4, dan Numbu. Genotipe-genotipe F2 yang memiliki hasil biomassa yang tinggi pada percobaan ini dapat dijadikan sebagai kandidat genotipe sorgum bioenergi untuk diuji pada generasi selanjutnya.

The increasing global population and limited fossil-based energy sources create uncertainty in future energy demand. Sorghum (Sorghum bicolor L. (Moench)) is a multipurpose crop that is rich in biomass and can be used as a feedstock for biofuel production and as an alternative carbohydrate source that has nutritional benefits. Selection of sorghum genotypes with high lignocellulose content and specific morphogenetic traits can increase biomass yield for bioenergy purposes. In addition, sorghum's ability to be replanted and its increasing production area make sorghum a potential solution to meet future energy and food needs. This study aims to 1) obtain information on the genetic variability of biomass and agronomic-related traits, as well as potential high-yielding genotypes in sorghum segregation populations; 2) obtain information on the inheritance pattern of agronomic traits and biomass yield in F2 sorghum populations; 3) evaluate the genetic variability of biomass yield related characters and bioethanol potential of sorghum genotypes for bioenergy; 4) obtain information on the diversity and potential of biomass yield in ratoon sorghum genotypes. A total of 320 F2 genotypes from the Samurai 2 x Bioguma 1 cross were evaluated for genetic diversity using an individual-based segregated population design and a completely randomized group design for parents and check genotypes. The results showed that there was wide genetic variability for the traits of fresh biomass weight and juice volume in the F2 population. The coefficient of variation for these two traits was 40.64% and 68.03%, respectively. Heritability values for all observed characters ranged from low to high (0% and 89.27%). Fresh biomass weight was influenced by many genes, while sap volume was controlled by only a few genes, indicating the potential for effective selection for these traits. Several other characters, including plant height, stem diameter, stay green, leaf greenness intensity, leaf area, brix value, and grain weight per panicle, had high heritability and could be used as selection criteria. All observed characters, except brix value, were positively and significantly correlated with fresh biomass weight and juice volume. Stem weight had a strong direct effect on juice volume and fresh biomass weight, suggesting that selection for these traits could be based on stem weight. Simultaneous selection based on the MGIDI index identified 26 best genotypes with selection differentials of 9.35% and 28.1% for fresh biomass weight and juice volume, respectively. Evaluation of genetic variability and bioethanol yield potential using six sorghum genotypes consisting of three IPB lines, namely IPB 1, IPB 4, and IPB 7, and three national sorghum varieties, namely Samurai 2, Bioguma 1 Agritan , and Numbu were evaluated in an optimal environment using a randomized complete group design and three replications. The results showed significant variation in several characteristics such as plant height, stem diameter, brix content, juice volume, panicle length, panicle diameter, and seed weight. Two genotypes, Bioguma 1 Agritan and Numbu, had superior performance in terms of juice volume and brix value, indicating good genotypic potential for bioethanol production. The experiment yielded an average bioethanol potential of 33.38%, and the maximum ethanol content reached 99.47% using the multistage distillation method. The selection process using stepwise regression resulted in five best models with high R-square values for each predicted trait. In addition, strength and weakness analysis showed four best genotypes, namely Samurai 2, Bioguma1, Numbu, and IPB 1, which have high biomass yield potential, thus making them suitable candidates for further development in sorghum breeding for bioenergy purposes. There were 109 F2 sorghum ratoon genotypes that were able to grow after the first harvest and six check genotypes evaluated in the ratoon crop experiment. The observed plants were ratooned from the harvest of the first experiment and the same design was used. The biomass component of the ratoon crop was harvested at the vegetative or flowering phase. The results showed that the genotypes tested had a significant effect on yield variability related to biomass in ratoon crops. IPB 4, Bioguma 1 and Numbu have high biomass yield in ratoon crops. Multi-character selection based on MGIDI with 10% selection intensity, obtained 11 best genotypes with high biomass yield potential in ratoon crops. Genotype G187 was the genotype with the highest biomass yield. Based on cluster analysis and principal component analysis, it indicated that the superior genotypes in the F2 population tended to have genetic similarity with the parental genotype Bioguma 1, and the check genotypes IPB 4, and Numbu. The F2 genotypes that have high biomass yields in this experiment can be used as candidates for bioenergy sorghum genotypes to be tested in the next generation.