Pengembangan Padi Hibrida untuk Meningkatkan Produksi Beras

Sampai saat ini, nasi masih merupakan pangan utama bagi penduduk Indonesia. Konsumsi beras penduduk Indonesia masih mencapai 559 gram (setara gabah kering) per kapita per hari pada tahun 2005 (FAOSTAT, 2005) atau setara dengan 352 gram beras per kapita per hari dengan asumsi faktor konversi rendemen gabah kering – beras 0.63. Jumlah ini memberikan kontribusi energi sebesar 1930,7 Kcal (FAOSTAT, 2005) atau sebesar 48,1% dari total energi yang diperoleh seorang penduduk dari konsumsi keseluruhan kelompok komoditas pangan yang terdapat dalam daftar di database FAO.

Dengan tingkat konsumsi tersebut, Indonesia termasuk memiliki konsumsi beras yang relatif tinggi di dunia dan berada pada posisi keenam di bawah Myanmar, Laos, Kamboja, Viet Nam dan Bangladesh (Gambar 1). Sedangkan secara agregat konsumsi nasional Indonesia mencapai 45,5 juta ton selama setahun dan jumlah ini menempatkan konsumsi nasional Indonesia berada pada posisi ketiga terbesar di dunia di bawah Cina (157 juta ton) dan India (116 juta ton) pada tahun 2005 tersebut (FAOSTAT, 2005).



Gambar 1. Tingkat konsumsi beras 162 negara-negara dunia (Sumber: FAOSTAT, 2005, diolah)

Jika dilihat dari produksi gabah yang mencapai 54,4 juta ton gabah kering pada tahun 2006 lalu (BPS, 2006 ; Deptan, 2006), seharusnya kita sudah dapat dianggap mampu memenuhi kebutuhan sendiri, terlepas dari adanya berbagai permasalahan pengelolaan stok dan distribusi beras yang dihadapi selama ini yang memaksa kita untuk melakukan impor beras.

Hanya saja laju pertumbuhan penduduk yang mencapai 1,34% (BPS, 2006), mengharuskan kita untuk terus meningkatkan produksi gabah (beras) ini. Dan tahun ini, kita ditargetkan untuk mampu meningkatkan produksi sebanyak 2 juta ton setara beras dibandingkan tahun 2006 yang lalu untuk terus memberikan jaminan kecukupan pangan nasi kepada seluruh penduduk Indonesia.

Diperlukan padi berdaya hasil tinggi

Bila kita mengikuti kecenderungan pertumbuhan produksi gabah tahunan sejak tahun 1970, kita akan melihat bahwa pada awal sampai dengan pertengahan tahun 1980-an produksi gabah mengalami kecenderungan pertumbuhan tertinggi dan pada periode 2000-an kini pertumbuhan tersebut relatif kecil meskipun tetap ada peningkatan produksi gabah sampai dengan tahun 2006 (Gambar 2).

Beberapa permasalahan yang dihadapi terkait produksi yang menyebabkan lambatnya pertumbuhan ini diperkirakan adalah distribusi pupuk yang seringkali bermasalah, sarana irigasi yang sudah tidak lagi memadai, pemakaian obat-obatan/pestisida yang sudah tidak lagi mendapat dukungan berhubung potensinya merusak lingkungan dan lain-lain, di samping pula bencana alam yang beberapa tahun terakhir ini dialami oleh bangsa Indonesia dan turut mengakibatkan rusaknya areal pertanaman padi.

Gambar 2. Grafik pertumbuhan produksi gabah nasional Indonesia tahun 1970-2006 (Sumber: Database Deptan, 1970-2006, diolah)

Selain itu, lambatnya pertumbuhan produksi ini juga disebabkan karena varietas padi yang umum ditanam oleh petani kita pada saat ini, mempunyai daya hasil yang relatif tidak terlalu tinggi yaitu berkisar antara 4,5-6 ton/ha gabah kering, misalnya IR64 yang dilepas pada tahun 1986 dan masih umum dipakai sampai saat ini, hanya mampu mencapai 5 ton/ha gabah kering. Dengan daya hasil seperti ini, tentunya tidak akan berpengaruh secara signifikan terhadap kenaikan gabah jika berbagai ‘input’ produksi (seperti irigasi dan pupuk berimbang) diberikan, berhubung rata-rata produktivitas padi nasional sudah mencapai 4,6 ton/ha (BPS, 2006 ; Deptan, 2006) atau sudah mendekati daya hasil maksimal varietas-varietas padi tersebut.

Jika kita mengikuti perkembangan teknologi pemuliaan tanaman padi pada saat ini, kita akan menemukan informasi dari berbagai sumber bahwa padi yang berdaya hasil tertinggi saat ini dimiliki oleh padi hibrida. Cina dikenal sebagai pengembang padi hibrida pertama kali sejak tahun 1976, dengan potensi produksi yang pada awalnya rendah dan belakangan diperoleh sejumlah varietas padi hibrida yang mempunyai produktivitas mencapai 11,4 ton hingga 12,6 ton/ha gabah kering.

Di Indonesia sendiri pengembangan padi hibrida dapat dianggap tertinggal sehingga hadir tuntutan untuk mempercepat riset dan komersialisasi padi hibrida. Kemampuan penyediaan benih padi hibrida ini masih sangat terbatas di Indonesia, sehingga dalam rencana benih padi berbantuan yang diprogramkan oleh pemerintah pada tahun 2007 ini, jumlah benih padi hibrida yang dimasukkan dalam program ini hanya berkisar 2,55% dari keseluruhan kebutuhan nasional yang berjumlah 106,7 ribu ton benih padi. Diharapkan dengan adanya pengembangan padi hibrida ini, produksi beras nasional dapat meningkat sesuai dengan kebutuhan konsumsi penduduk Indonesia.

Pemuliaan padi hibrida belajar dari jagung hibrida

Benih jagung hibrida telah dipergunakan secara luas, baik di Indonesia secara khusus maupun di dunia pada umumnya. Pengetahuan tentang heterosis pada tanaman menyerbuk silang seperti jagung, melatarbelakangi pemanfaatan fenomena ini pada tanaman menyerbuk sendiri (inbreeding) seperti pada tanaman padi, kacang-kacangan dan yang lainnya. Heterosis sendiri adalah fenomena di mana hibrida F1 atau turunan pertama yang diperoleh dari tetua-tetua yang berbeda, menunjukkan superioritas sifat yang melampaui tetuanya. Superioritas tersebut dapat ditampilkan dalam nilai matematis positif maupun negatif, misalnya produtivitas tinggi (nilai positif) dan umur genjah (nilai negatif).

Munculnya sifat superior ini diistilahkan juga dengan sebutan ketegaran hibrid (hybrid vigor) atau dalam istilah lain dengan sebutan perbaikan keturunan (outbreeding enhancement). Sifat superior ini merupakan penampakan atau ekspresi dari alel gen yang heterozigot. Dan hal yang terpenting yaitu bahwa sifat heterosis ini hanya terjadi pada turunan pertama (F1), sedangkan pada turunan berikutnya (F2, F3, dst) terjadi segregasi atau pemisahan alel gen yang tidak menjamin tanaman masih heterozigot. Hal inilah salah satu yang membedakannya dengan tanaman menyerbuk sendiri yang cenderung homozigot dan mengalami tekanan penyerbukan sendiri (tekanan inbreeding) seperti pada tanaman padi.

Secara konvensional sebetulnya produksi benih jagung hibrida dapat dilakukan dengan menyilangkan antara tetua jantan dan tetua betina. Butiran biji jagung yang dihasilkan pada tetua betina itu kemudian nantinya dijadikan benih jagung hibrida. Untuk menjamin butiran biji jagung yang dihasilkan betul-betul hibrida hasil silangan dari serbuk sari tetua jantan tanpa terkontaminasi serbuk sari tanaman tetua betina, maka dilakukan sterilisasi bunga jantan (tassel / malai) pada tetua betina itu sendiri yaitu dengan memangkas malai.

Sterilisasi bunga jantan ini cukup dimungkinkan dan relatif lebih mudah pada tanaman jagung karena secara anatomi baik bunga jantan yang berupa malai dan bunga betina berupa tongkol terletak pada posisi yang terpisah di sebuah tanaman jagung dan memiliki ukuran yang relatif besar. Malai terletak di pucuk tanaman sedangkan tongkol terletak pada ketiak daun.

Namun hal ini relatif sulit dilakukan pada tanaman menyerbuk sendiri yang memiliki ukuran bunga kecil, terlebih lagi letak putik (betina) dan benang sarinya (jantan) berada pada satu kelopak seperti pada bunga padi. Oleh karena itulah salah satu tahapan dalam pemuliaan padi hibrida adalah menyeleksi dan memproduksi tanaman yang secara genetik memiliki benang sari (jantan) mandul atau dengan perlakuan tertentu dapat diperoleh jantan mandul untuk dijadikan tetua betina.

Fenomena jantan mandul pada bunga sebetulnya telah dikenal sejak dulu, hal ini diketahui dari makalah yang ditulis oleh Joseph Gottlieb Kolreuter, ilmuwan botani dari Jerman pada tahun 1772 (dipublikasikan tahun 1788). Khusus pada bunga padi, fenomena jantan mandul ini terdapat pada jenis padi liar Oryza perennis. Namun hal ini baru dipelajari untuk keperluan pemuliaan tanaman padi oleh ilmuwan dari Cina, Yuan Longping, sejak tahun 1964. Selama sembilan tahun melakukan penelitian, pada tahun 1973, Yuan Longping yang saat itu juga menjadi pengajar genetika dan pemuliaan tanaman pada Anjiang Agricultural School di Propinsi Hunan – Cina, akhirnya berhasil mengembangkan sumber daya genetik padi yang diberi nama galur A, B dan R.

Ketiga galur ini dipergunakannya untuk pemuliaan padi hibrida dan berhasil dikomersialisasikan di Cina pada tahun 1976. Belakangan komersialisasi padi hibrida ini semakin meluas sampai ke India dan Asia Tenggara. Bahkan diberitakan bahwa salah satu jenis padi hibrida yang baru saja diujicobakan di Indonesia berasal dari nama ilmuwan Cina tersebut yaitu varietas Long Ping. Beberapa jenis/varietas padi hibrida yang telah dilepas di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Varietas padi hibrida di Indonesia



Padi hibrida sistem tiga galur dan sistem dua galur

Pemberian nama ketiga galur A, B dan R inilah yang membangun metode pemuliaan padi hibrida sistem tiga galur (three line system). Dalam berbagai makalah ilmiah ketiga galur ini disebutkan pula dengan istilah ‘CMS’ (mewakili galur A), ‘maintainer‘ (mewakili galur B) dan ‘restorer‘ (mewakili galur R).

CMS (cytoplasmic male sterile) atau diartikan jantan mandul pada sitoplasma, merupakan galur yang secara genetik membawa sifat jantan mandul ditandai dengan ketidakmampuan bunga padi menghasilkan serbuk sari yang fertil. Sifat genetik ini dibawa oleh DNA faktor S (sterility) pada mitokondria yang terdapat di sitoplasma (mitochondrial DNA) dan berinteraksi dengan DNA dari alel gen resesif (rf) yang terdapat di inti sel (nuclear DNA). Sifat ini hanya diturunkan dalam garis keturunan ibu (maternally inheritance).

Agar diperoleh kemurnian galur, perbanyakan galur CMS ini dilakukan dengan menyilangkannya dengan galur yang mempunyai sifat yang persis sama dengan galur CMS. Hanya saja terdapat sedikit perbedaan yaitu adanya DNA faktor N (normal) pada mitokondrianya dan ditandai dengan kemampuan galur tanaman tersebut menghasilkan serbuk sari yang fertil. Galur inilah yang disebut sebagai ‘maintainer’ atau diartikan sebagai pemelihara. Keturunan dari persilangan ini akan mempunyai sifat yang sama dengan galur CMS termasuk sifat jantan mandulnya dan keturunan dari persilangan inilah yang nantinya diperlakukan sebagai tetua betina.

Kemudian untuk menghasilkan turunan pertama (F1), keturunan dari persilangan CMS dan ‘maintainer’ disilangkan lagi dengan galur ‘restorer’ atau dapat dituliskan dengan formula persilangan (A x B) x R. Keturunan dari persilangan inilah yang dikenal kemudian sebagai padi hibrida. Sedangkan sebutan ‘restorer’ atau pemulih pada galur R ini didasarkan karena sifatnya yang memulihkan sifat dari jantan mandul menjadi berkemampuan menghasilkan serbuk sari fertil kembali, sehingga benih padi hibrida yang dihasilkan dapat dipergunakan untuk produksi padi konsumsi di tingkat petani. Kemampuan pemulihan ini dipengaruhi oleh keberadaan alel gen dominan Rf (restorer fertility) di inti sel galur ‘restorer’.

Di samping pemuliaan padi hibrida tiga galur, dikenal pula pemuliaan padi hibrida dua galur (two line system) dan pemuliaan padi hibrida apomiksis (one line system). Pemuliaan tanaman dua galur ini tetap memanfaatkan fenomena jantan mandul hanya saja perbedaannya kemandulan tersebut diinduksi oleh perlakuan faktor lingkungan yang berinteraksi dengan faktor genetik tanaman sehingga diistilahkan juga dengan sebutan ‘Environment-sensitive Genic Male Sterility system’ (EGMS system) (Virmani dkk, 2003).

Salah satu perlakuan lingkungan fisik untuk menghasilkan jantan mandul yang paling sering dipergunakan oleh para ilmuwan yaitu dengan induksi suhu atau dikenal dengan sebutan ‘Temperature-sensitive Genic Male Sterility’ (TGMS). Keuntungan sistem EGMS / TGMS ini yaitu tidak memerlukan galur ‘maintainer’, karena perbanyakan galur jantan mandul tersebut dapat dilakukan dengan perlakuan lingkungan / suhu, hanya saja kekurangan dari sistem ini yaitu jika terjadi perubahan lingkungan di luar dugaan, maka akan menggagalkan proses induksi kemandulan. Khusus untuk pemuliaan padi hibrida apomiksis yaitu tanpa proses persilangan secara seksual (asexual), pengembangannya belum cukup maju dibandingkan dua sistem yang lainnya, sehingga prospek pengembangannya masih dalam taraf pengkajian (Kaushal dkk, 2004).

Hal yang terpenting yaitu perlu dipahami bahwa metode pemuliaan padi hibrida cukup berbeda dengan pemuliaan konvensional yang telah mampu menghasilkan berbagai varietas unggul saat ini. Pemuliaan konvensional berbasis ‘pedigree method’ dan ‘bulk method’ cukup menghabiskan waktu dan tenaga untuk menghasilkan varietas unggul, misalnya pada perakitan padi varietas IR64 oleh IRRI diperoleh dari hasil persilangan yang melibatkan 44 tetua. Pemanfaatan fenomena mandul jantan menjadi kunci kemudahan menjaga kemurnian genetik tetuanya. Tentunya di samping sifat mandul jantan dan sifat-sifat pendukung lainnya, galur-galur tetua ini telah diseleksi sifat-sifat pilihan yang dibutuhkan untuk keperluan pemuliaan tersebut, misalnya untuk produktivitas tinggi, umur genjah, tahan hama-penyakit, responsif terhadap pemupukan, tahan lingkungan ekstrim dan atau sifat-sifat lainnya. Inilah yang perlu dipersiapkan untuk menghasilkan benih padi hibrida, dan rasanya pemulia-pemulia tanaman kita akan mampu untuk melakukannya, semoga saja.