Electronic Theses and Dissertation

RINGKASAN

Mita Setyowati (NPM. 1909300030007). Induksi Mutasi Kimia Pada Tanaman Pisang Barangan Merah (Musa acuminata Colla) Secara In Vitro Untuk Ketahanan Terhadap Fusarium, di bawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Elly Kesumawati, M.Agric.Sc. sebagai Promotor, Dr. Ir. Efendi, M.Agric.Sc. sebagai Ko-Promotor I, dan Dr. Bakhtiar, SP., M.Si. sebagai Ko-Promotor II.


Pisang Barangan Merah (Musa acuminate Colla.) merupakan pisang yang berpotensi untuk dikembangkan sebagai buah meja karena manis, harum, tinggi vitamin A dan mengandung betakaroten, selain harga jualnya yang cukup tinggi. Namun hal tersebut terkendala karena tanaman ini tidak menghasilkan biji dan rentan terhadap penyakit layu fusarium. Oleh karena itu perlu pengembangan keragaman pisang Barangan Merah dalam rangka penyediaan bibit pisang bebas penyakit. Penelitian yang terkait induksi mutasi tanaman pisang secara in vitro yang telah dilakukan oleh peneliti lain masih dilakukan secara parsial dan hanya pada beberapa varietas tertentu, sehingga masih terbuka luas peluang untuk ditemukan hasil penelitian induksi mutasi dengan mutagen kimia ethyl methane sulfonate (EMS) secara in vitro untuk menghasilkan tanaman mutan pada eksplan pisang varietas Barangan Merah. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan teknik regenerasi dan induksi mutasi dengan EMS yang efektif pada pisang Barangan Merah, konfirmasi mutan putatif secara molekuler, dan indikasi awal ketahanan mutan putatif terhadap penyakit Fusarium.
Penelitian ini terdiri atas tiga tahap utama. Tahap I adalah teknik regenerasi tanaman pisang Barangan Merah secara in vitro, dilaksanakan di Laboratorium Kultur Jaringan Tanaman, Fakultas Pertanian, Universitas Syiah Kuala. Alur penelitian tahap pertama adalah Induksi Tunas untuk mendapatkan kombinasi konsentrasi Benzil Amino Purin (BAP) dan jenis media yang optimum. Penelitian selanjutnya adalah Multiplikasi Tunas atau Induksi Multiple Bud Clumps (MBC) menggunakan kombinasi perlakuan konsentrasi BAP dan Indole-3 Acetic Acid (IAA). Alur penelitian berikutnya adalah Regenerasi Planlet. Eksplan yang berhasil diregenrasikan menjadi planlet akan dilanjutkan ke proses aklimatisasi. Penelitian induksi kalus menggunakan eksplan daun dari planlet tersebut. Hasil penelitian tahap pertama disimpulkan bahwa konsentrasi BAP 3 mg.L-1 menunjukkan respon terbaik untuk jumlah pelepah hijau dan jumlah pelepah terbuka dibandingkan dengan konsentrasi perlakuan BAP lainnya. Persentase eksplan hidup pada minggu ke 4 setelah induksi adalah 86,11% dari 72 eksplan yang ditanam. Media dengan kombinasi 5 mg L-1 BAP + 0,5 mg L-1 IAA paling baik dan efisien untuk induksi MBC pada eksplan pisang Barangan Merah. Persentase hidup pada minggu ke-8 setelah induksi MBC adalah 96,29% dari 56 eksplan yang ditanam. Rerata persentase hidup planlet pada tahap regenerasi tinggi, yaitu 80%. Rerata pertumbuhan daun paling baik cenderung dijumpai pada perlakuan BAP 0,5 mg L-1. Konsentrasi BAP 0,5 mg L-1 mampu meningkatkan tinggi tanaman dibandingkan kontrol. Jumlah akar paling banyak dijumpai pada perlakuan BAP 0,5 mg L-1 Teknik aklimatisasi menggunakan individual pot dan penyungkupan per individu planlet selama 8 minggu menghasilkan bibit yang lebih bisa bertahan hidup pada tahap transplanting. Media arang sekam menghasilkan persentase hidup bibit tertinggi dibandingkan media lainnya. Media kompos seresah daun menghasilkan pertubuhan bibit terbaik selama proses aklimatisasi. Sterilisasi menggunakan sodium hipoklorit dan kalsium hipoklorit mampu menghasilkan kultur steril pada induksi kalus dari daun planlet pisang Barangan Merah. Eksplan belum menunjukkan respon membentuk kalus terhadap perlakuan ZPT yang diberikan hingga masa inkubasi 8 minggu.
Penelitian tahap II yaitu induksi mutasi secara kimia menggunakan EMS. Pada tahap ini, penelitian menggunakan rumpun tunas (MBC) pisang Barangan Merah hasil perbanyakan secara in vitro. Tunas direndam dalam larutan EMS 0,1% selama 1 jam, 2 jam, dan 3 jam, kemudian dikulturkan dalam medium induksi tunas menggunakan Murashige & Skoog (MS) + BAP 3 mg L-1 selama 4 minggu dan dilanjutkan subkultur ke dalam medium pemulihan (MS tanpa BAP) selama 16 minggu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perendaman eksplan pisang Barangan Merah selama 1 jam dalam larutan EMS 0,1% cenderung lebih baik pada jumlah tunas dan tinggi tunas. Perendaman selama 1 jam dan 3 jam dalam larutan EMS 0,1% meningkatkan jumlah daun dan tinggi tanaman. Perendaman selama 2 jam dalam larutan EMS 0,1% meningkatkan ukuran daun, jumlah, dan panjang akar. Perendaman selama 3 jam dalam larutan EMS 0,1% menurunkan tinggi tunas. Bibit mutan setelah aklimatisasi 6 minggu menunjukkan warna daun lebih gelap daripada kontrol, yaitu 28,7-39,9 unit kandungan klorofil. Bibit mutan memiliki stomata tipe tetrasitik dan bentuk ginjal membulat, sama seperti stomata kontrol.
Tahap III yaitu uji molekuler dan uji in planta. Tahap penelitian ini menggunakan bibit kontrol dan mutan putatif untuk dilakukan uji molekuler di BSIP Biogen, menggunakan penanda simple sequence repeat (SSR), yaitu Ma 3/2, Ma 15, Ma 1/17 dan STMS 7. Hasil SSR dengan Marka STMS 7 menunjukkan polimorfisme yang jelas antar mutan. Bibit mutan putative 1A memiliki pola pita DNA yang berbeda dengan kontrol. Hasil filogenetik menunjukkan ada 2 klaster utama dengan koefisien kesamaan genetik sebesar 0,75, dan bibit mutan putative 1A masuk ke dalam klaster 2. Penelitian uji in planta menunjukkan bahwa semua bibit mutan putatif pisang Barangan Merah hasil mutasi dengan EMS yang diujikan menunjukkan indikasi awal ketahanan yang agak rentan terhadap Fusarium pada minggu ke-20 setelah aplikasi suspensi spora Fusarium, dibandingkan dengan bibit yang tidak dimutasi (kontrol) menunjukkan indikasi awal ketahanan yang rentan.


Kata kunci: Induksi Mutasi; Etil metanasulfonat; Musa acuminata; Kultur in-vitro; Ketahanan Fusarium

SUMMARY Mita Setyowati (NPM. 1909300030007). Induction of Chemical Mutation in Barangan Merah Banana (Musa acuminata Colla) Using In Vitro Techniques for Fusarium Wilt Resistance, under the supervision of Prof. Dr. Ir. Elly Kesumawati, M.Agric.Sc. as Promoter, Dr. Ir. Efendi, M.Agric.Sc. as Co-Promoter I, and Dr. Bakhtiar, SP., M.Si. as Co-Promoter II. Barangan Merah banana (Musa acuminata Colla.) is a banana cultivar with high potential to be developed as a dessert fruit due to its sweet taste, distinctive aroma, high vitamin A content, and beta-carotene, as well as its relatively high market value. However, its development is constrained by its sterility and susceptibility to Fusarium wilt disease. Therefore, efforts to increase genetic variability in Barangan Merah banana are necessary to support the production of disease-free planting materials. Previous studies on in vitro mutation induction in bananas have mostly been conducted in a partial manner and limited to certain cultivars, indicating a substantial opportunity to explore in vitro mutation induction using the chemical mutagen ethyl methane sulfonate (EMS) to generate mutant plants of the Barangan Merah banana cultivar. This study aimed to obtain effective regeneration and EMS-induced mutation techniques in Barangan Merah banana, to confirm putative mutants at the molecular level, and to evaluate the initial indication of Fusarium resistance in the putative mutants. The research was conducted in three sequential stages, with the first stage focusing on the optimization of in vitro regeneration protocols for Barangan Merah banana at the Plant Tissue Culture Laboratory, Faculty of Agriculture, University of Syiah Kuala. This stage comprised shoot induction to identify optimal BAP concentrations and culture media, followed by shoot multiplication through the induction of Multiple Bud Clumps (MBC) using combined BAP and IAA treatments. Regenerated plantlets were subsequently acclimatized, and leaf derived explants from these plantlets were used for callus induction studies. The findings demonstrated that 3 mg L⁻¹ BAP was the most effective concentration for shoot induction, resulting in superior leaf development and high explant survival. The combination of 5 mg L⁻¹ BAP and 0.5 mg L⁻¹ IAA was optimal for MBC induction, yielding a very high survival rate. During the regeneration phase, plantlet survival remained high, with 0.5 mg L⁻¹ BAP promoting improved vegetative growth, including increased plant height and root number, although root elongation was slightly reduced. Acclimatization strategies using individual potting and covering significantly enhanced transplant survival, with rice husk charcoal favoring seedling survival and leaf litter compost supporting optimal growth. Effective surface sterilization using sodium and calcium hypochlorite enabled sterile callus induction cultures; however, no callus formation was observed within the eight-week incubation period under the growth regulator treatments applied. The second phase of the research focused on chemical mutagenesis using ethyl methane sulfonate (EMS), employing in vitro–derived Multiple Bud Clumps (MBC) of Barangan Merah banana as explant material. Shoots were exposed to 0.1% EMS for different durations (1, 2, and 3 hours) and subsequently cultured on MS medium supplemented with 3 mg L⁻¹ BAP for shoot induction, followed by an extended recovery period on hormone-free MS medium. The findings indicated that a 1-hour EMS treatment was generally the most favorable for shoot proliferation and elongation, while treatments lasting 1 and 3 hours promoted increased leaf number and overall plant height. A 2-hour exposure enhanced leaf expansion and root development, whereas prolonged exposure for 3 hours resulted in reduced shoot height. Following six weeks of acclimatization, EMS-induced mutant plantlets exhibited darker green leaves with higher chlorophyll content compared with the control, while stomatal characteristics, including tetracytic type and rounded kidney-shaped guard cells, remained comparable to those of non-mutated plants. The third stage of the study involved molecular characterization and in planta assessment of control and EMS-induced putative mutant plantlets. Molecular analyses were conducted at BSIP Biogen using a set of SSR markers (Ma 3/2, Ma 15, Ma 1/17, and STMS 7). Among these markers, STMS 7 effectively detected genetic polymorphism, distinguishing putative mutant line 1A from the control based on distinct DNA banding patterns. Phylogenetic analysis further resolved the plant materials into two primary clusters with a genetic similarity coefficient of 0.75, placing the putative mutant 1A in a separate cluster. In planta assays indicated that EMS-derived putative mutants exhibited early signs of moderate susceptibility to Fusarium at 20 weeks post-inoculation, whereas the non-mutated control plants were classified as susceptible, suggesting a relatively improved response to Fusarium infection in the mutant lines at this preliminary evaluation stage. Keywords: Induced mutation; Ethyl methane sulfonate; Musa acuminata; In vitro culture; Fusarium wilt resistance