Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
Perbaikan Kualitas Sorgum Manis Melalui Teknik Mutasi untuk Bioetanol Sihono, Wijaya, M. I dan Soeranto Human
Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi Badan Tenaga Nuklir Nasional Jl. Lebak Bulus RayaNo. 49. Cilandak, Jakarta Selatan
Abstrak Sorgum manis memiliki potensi besar untuk dibudidayakan dan dikembangkan di Indonesia. Secara umum bijinya dapat digunakan sebagai sumber pangan alternatif, batang dan bijinya dapat dikonversi sebagai bahan baku bioetanol dan pakan ternak. Sorgum manis bukan tanaman asli Indonesia, oleh sebab itu, keragaman genetik masih terbatas. Upaya untuk perbaikan dan peningkatan keragaman genetik dapat dilakukan dengan pemuliaan mutasi. Di Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR), Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), aplikasi Litbang Iptek nuklir dalam pemuliaan mutasi bertujuan memperbaiki beberapa sifat tanaman. Khusus sorgum manis, kegiatan pemuliaan mutasi menggunakan sinar gamma bersumber Cobalt-60 terhadap benih sorgum varietas Durra (ICRISAT-India) dan galur mutan harapan Zh-30. Sejumlah galur mutan telah dihasilkan diantaranya memiliki sifat produksi biomasa tinggi, batang manis dan kualitas baik dibandingkan kontrol. Galur-galur mutan tersebut berpotensi untuk diteliti lebih lanjut sebagai bahan baku bioetanol untuk energi. Kata Kunci : sorgum manis, pemuliaan mutasi, agronomi, kualitas
etanol seperti PT. Blue Energi, CV. Agro Darma Sekar Wangi, PT. Kreatif Energi, sudah memproduksi bioetanol yang bahan bakunya sorgum manis. Domestikasi sorgum berasal dari Etiopia ke Mesir dilaporkan telah terjadi sekitar 3000 tahun sebelum masehi (FAO, 2010). Sekarang sekitar 80% areal pertanaman sorgum berada di wilayah Afrika dan Asia, namun produsen dunia, khususnya sorgum manis, masih didominasi oleh Amerika Serikat, India, Nigeria, Cina, Mexico, Sudan dan Argentina (House, 1985). Oleh karena sorgum manis bukan tanaman asli Indonesia, keragaman genetik yang ada masih sangat terbatas. Keterbatasan ragam genetik memacu kita untuk mencari sumber-sumber genetik baru yang dapat ditempuh melalui pemuliaan tanaman. Badan Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi, Badan Tenaga Nuklir Nasional (PATIR-BATAN), aplikasi Iptek nuklir banyak dilakukan, salah satu diantaranya adalah un-
Pendahuluan Sorgum manis memiliki potensi dan prospektif untuk dikembangkan di Indonesia, sejalan dengan krisis energi di beberapa negara. Krisis energi disebabkan semakin terbatas jumlah cadangan bahan fosil minyak di perut bumi yang tidak dapat diperbarukan (Yudiarto, 2006). Upaya yang dapat dilakukan adalah mencari sumber-sumber energi baru yang dapat diperbarukan bertujuan untuk dapat menggantikan atau campuran terhadap energi fosil tersebut. Sorgum manis adalah salah satu alternatif komoditas tanaman yang memenuhi harapan. Secara umum, batang dan bijinya dapat dikonversi menjadi bioetanol. Selain itu, sumber baku sorgum mudah diperoleh dan diproduksi secara masal (Reddy et al., 2007). Budidaya dan pengembangan sorgum manis di Indonesia sampai saat ini masih sangat terbatas, padahal, beberapa industri bio438
Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
tuk kegiatan di bidang pertanian, khususnya untuk pemuliaan mutasi. Penelitian pemuliaan tanaman menggunakan teknik mutasi radiasi telah dihasilkan dan telah melepas beberapa kultivar baru diantaranya kedelai kultivar Muria, Tengger, Meratus, Rajabasa dan Mitrani, kacang hijau (kultivar Camar), kapas (kultivar Kharisma). Untuk padi mulai dari tahun 1982 telah dihasilkan 15 kultivar 2008 telah dihasilkan varietas baru yaitu Bestari (BATAN, 2010). Upaya yang dilakukan untuk perbaikan dan peningkatan keragaman genetik sorgum melalui pemanfaatan radiasi sinar gamma Chamber bersumber Cobalt-60 terhadap benih kultivar Durra (ICRISAT) dan galur mutan sorgum Zh-30 (BATAN). Secara umum, pemuliaan mutasi sorgum bertujuan untuk memperbaiki sifat-sifat agronomi produksi dan kualitas sehingga akan diperoleh galur mutan sorgum manis (sweet sorghum) yang memiliki sifat unggul seperti: produksitivitas biomasa batang dan biji tinggi, berbatang lebih manis serta kualitas baik, sesuai arah penggunaannya sebagai bioetanol. Tujuan penulisan ini adalah untuk menginformasikan kepada masyarakat, ilmuwan dan pengusaha tentang aplikasi Iptek nuklir di bidang pemuliaan mutasi tanaman, khususnya perbaikan kualitas sorgum manis menggunakan radiasi gamma.
tanaman. Bioenergi berasal dari tanaman diharapkan dapat menggantikan atau untuk campuran terhadap energi fosil, sehingga dapat menanggulangi krisis energi di masa depan yang kebutuhannya semakin meningkat. Sorgum manis adalah salah satu komoditas tanaman yang potensial untuk diteliti dan dikembangkan. Pertimbangan adalah bahwa budidaya sorgum manis memerlukan input pertanian relatif sedikit, poduktivitas tinggi dan memiliki adaptasi yang luas dibandingkan tanaman penghasil bioetanol lainnya (tebu, aren, singkong). Hal ini didukung oleh Asosiasi Pengusaha Bioetanol Indonesia (2010). bahwa batang sorgum manis menghasilkan bioetanol 6000 l/ha/th dan bijinya 2000 l/ha/th (Tabel 1). Oleh karena itu, sorgum manis merupakan salah satu andalan dalam menanggulangi krisis energi di masa mendatang. Sebenarnya petani di Indonesia telah lama mengenal dan menanam sorgum, khususnya di Jawa, NTB dan NTT, yang ditanam oleh petani sebagai tanaman sela atau tumpang sari dengan komoditas lainnya. Biji sorgum dimanfaatkan sebagai pangan alternatif, sedangkan hijauan dan batang sorgum digunakan untuk pakan ternak ruminansia (Soeranto et al., 2006). Adanya penguasaan petani tentang budidaya sorgum perlu diarahkan sejalan dengan manfaat sorgum manis yang memiliki harapan masa depan. Upaya yang dapat dilakukan selain memperbaiki dan meningkatkan ragam genetik melalui pemuliaan tanaman, juga perlu memberikan informasi serta menyebarluaskan kepada masyarakat tentang prospek kegunaan sorgum manis. Upaya ini perlu banyak dukungan dan melibatkan dinasdinas terkait seperti Dinas Pertanian, Perguruan Tinggi, Lembaga Litbang dan Perusahaan Swasta.
Sorgum Manis Sebagai Bahan Baku Bioetanol untuk bahan energi Terkait dengan energi, Indonesia saat ini dan masa datang akan dihadapkan krisis energi. Upaya yang dapat dilakukan adalah mencari, meneliti dan mengembangkan sumber-sumber energi yang terbarukan dan salah satu diantaranya adalah sumber energi dari 439
Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
Tabel 1. Produksi bietanol dari beberapa tanaman Komoditas
Hasil Panen t/ha/th
Hasil Produksi Bioetanol l/ha/th
Singkong
25
45,00
Ubi Jalar
62.5
78,12
Tebu
75
50,25
Sagu
6.8
41,33
Nipah
27
25,00
Batang Sorgum Manis
80
60,00
Biji Sorgum Manis
6
20,00
Sumber: Asosisasi Pengusaha Bioetanol Indonesia (Diakses tanggal 9 Juli 2010)
Sorgum manis termasuk tanaman serealia biji-bijian penghasil karbohidrat seperti padi, jagung dan gandum. Secara umum, komoditi tanaman penghasil karbohidrat dapat dijadikan sebagai sumber bahan baku bioetanol. Sorgum manis adalah salah satu tanaman yang ideal. Beberapa alasan yang mendasar adalah karena karbohidrat biji sorgum manis tidak berkompetisi sebagai pangan dan industri. Selain itu, batang yang kaya akan gula selanjutnya dapat diproses menjadi jaggery (semacam gula merah) atau didestilasi menghasilkan bioetanol. Oleh karena itu, sorgum manis membuka peluang sebagai sumber energi yang dapat diperbarui. Pemanfaatan bioetanol sebagai sumber energi yang bahan bakunya berbasis sorgum manis, memberikan manfaat yang besar dari aspek lingkungan. Emisi gas buang dari anhydrous ethanol lebih bersih dibanding emisi gas buang energi fosil, sehingga bahan bakar nabati bersifat ramah lingkungan (Reddy et al., 2007). Hal senada dikatakan
Abatil et al. dalam Sungkono (2007) bahwa anhydrous ethanol memiliki nilai oktan yang lebih tinggi dibandingkan bahan bakar fosil, sehingga mampu menghasilkan pembakaran yang sempurna dan mengurangi polusi udara. Studi pemanfaatan bioetanol sorgum manis untuk campuran bahan bakar kendaraan bermotor juga telah dilakukan di Wallonia (Belgia). Wallonia memerlukan 16 billion hl bahan bakar jenis E5, yaitu campuran antara 95% petrol + 5% bioetanol. Sebanyak 800.000 hl etanol diperlukan untuk mencukupi kebutuhan bahan bakar E5 di Wallonia, sumbernya berasal dari sorgum manis (70%) dan gula bit atau sugar beet (30%). Studi kelayakan tersebut dilaporkan berhasil membuktikan kemampuan campuran bioetanol sebagai bahan bakar yang efisien, mengurangi jumlah pemakaian bahan bakar fosil, dan mencegah pencemaran terhadap lingkungan Sorghal-Biobase, 1997). Atas dasar itu, di Patir Batan dalam kegiatan pemuliaan mutasi induksi diarahkan menjadi sorgum manis yang 440
Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
diharapkan menghasilkan galur mutan yang memiliki batang lebih manis, produktivitas biji dan biomasa tinggi, cocok untuk bahan baku bioetanol untuk energi.
Karena sorgum bukan merupakan tanaman asli Indonesia maka keragaman genetik yang ada masih sangat terbatas. Beberapa kultivar sorgum biji diintroduksi dari International Crop Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT) dan dari beberapa negara seperti India, Thailand dan China. Setelah melalui proses pengujian adaptasi dan daya hasil selama beberapa generasi kemudian beberapa kultivar introduksi tersebut oleh Departemen Pertanian dilepas menjadi kultivar unggul nasional. Sampai saat ini Indonesia telah memiliki beberapa kultivar sorgum unggul nasional seperti UPCA, Keris, Mandau, Higari, Badik, Gadam, Sangkur, Numbu dan Kawali (Soerato et al,. 2006).
Perbaikan Kualitas Sorgum manis Melalui Pemuliaan Mutasi Sorgum termasuk tanaman serelia bijibijian seperti padi, jagung dan gandum. Secara umum, sorgum adalah penghasil karbohidrat, Direktorat Gizi, DEPKES RI (1992). melaporkan bahwa sorgum memiliki kandungan karbohidrat yang baik, bahkan kandungan unsur-unsur penting lebih baik dibanding dengan tanaman lainnya (Tabel 2). Karena memiliki kandungan karbohidrat yang baik, sorgum berpeluang digunakan sebagai sumber bahan baku energi baru yang dapat terbarukan.
Tabel 2. Kandungan nutrisi dari sorgum disbanding beberapa tanaman pangan lainnya Unsur Nutrisi
Kandungan/100 g Beras
Sorgum
Singkong
Jagung
Kedele
Kalori (cal)
36,0
33,2
14,6
36,1
28,6
Protein (g)
06,8
11,0
01,2
08,7
30,2
Lemak (g)
00,7
03,3
00,3
04,5
15,6
Karbohidrat (g)
78,9
73,0
34,7
72,4
30,1
Kalsium (mg)
06,0
28,0
33,0
9,0
196,0
Besi (mg)
00,8
4,4
00,7
4,6
6,9
Fosfor (mg)
01,40
28,7
04,0
38,0
50,6
Vit. B1 (mg)
00,12
0,38
0,06
0,27
0,93
Sumber: Direktorat Gizi, DEPKES RI (1992)
441
Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
Sorgum tergolong tanaman menyerbuk sendiri dan diploid (2x=2n=20). Oleh karena itu, sistem pemuliaan tanaman sorgum mirip dengan sistem pemuliaan tanaman padi dan kedelai. Keterbatasan ragam genetik sorgum, memacu untuk memperbaiki dan mencari sumber-sumber genetik baru. Upaya yang dapat dilakukan diantaranya melalui pemuliaan tanaman. Pemuliaan tanaman biasanya dilakukan secara konvensional, yaitu dengan cara penyilangan untuk mendapatkan tanaman baru, yang memiliki sifat-sifat unggul dengan mengumpulkan sifat dari kedua induknya. Adapun pemuliaan mutasi radiasi bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat baru dan memiliki sifat unggul, yang tidak dimiliki oleh tanaman induknya Suryowinoto, 1990). Hal ini didukung oleh pendapat Sobrizal (2008). bahwa pemuliaan tanaman mutasi induksi menggunakan radiasi gamma, merupakan cara yang efektif untuk memperkaya flasma nutfah yang sudah ada. Upaya dalam perbaikan dan peningkatan keragaman genetik dan kualitas sorgum melalui sinar radiasi gamma bersumber Cobalt-60 diperlukan terhadap benih sorgum kultivar Durra (ICRISAT-India). Dosis optimal sinar gamma telah diperoleh berada pada kisaran 20-50 kRad atau 200–500 Gy (Gambar 1). Seleksi dilakukan menggunakan metode Pedegree. Tanaman yang memiliki sifat-sifat agronomi unggul dimulai pada generasi M2, terfokus pada populasi tanaman dalam kisaran dosis optimal tersebut. Pemurnian dan pengujian galur-galur terseleksi dilakukan selama beberapa generasi sampai genetik tanaman mencapai tingkat homozygot atau tanaman homogen. Sejumlah 11 galur harapan telah diperoleh dan saat ini sedang proses pengajuan pelepasan menjadi varietas baru.
Galur-galur mutan tersebut memiliki sifat produksi tinggi, kadar gula batang manis dan hasil biomasa tinggi serta kualitas lebih baik (karbohidrat) dibanding tanaman asalnya. Hal senada dilaporkan oleh Pusat Penelitian Kimia, LIPI (2010 dan CV. Agro Darma Sekar Wangi (2010). Bahwa galur mutan sorgum hasil penelitian BATAN memiliki kandungan unsur-unsur nutrisi dan produksi lebih baik dibanding tanaman asal (Tabel 3, 4). Untuk sorgum manis belum banyak informasi tentang kultivar yang dibudidayakan, khususnya yang terkait dengan industri bioetanol (Yudiarto, 2006). Dengan kata lain, genetik sorgum manis yang ada masih terbatas. Di Patir BATAN, kegiatan pemuliaan mutasi sorgum diarahkan menjadi sorgum manis. Radiasi sinar gamma bersumber Cobalt-60 dosis 300 Gy, digunakan untuk memperbaiki dan meningkatkan ragam genetik terhadap benih sorgum yaitu galur mutan Zh-30. Keunggulan galur mutan Zh-30 adalah memiliki produktivitas tinggi, nutrisi biji baik (karbohidrat), batang besar dan kokoh sehingga tidak mudah roboh, namun memiliki batang pendek terlihat dalam Tabel 4. Atas dasar itu, kegiatan pemuliaan tanaman sorgum manis dilakukan menggunakan benih tersebut.
Gambar 1. Penampilan sorgum efek radisi gamma generasi M1 442
Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
Tabel 3. Kandungan nutrisi dari beberapa galur mutan Batan dibandingkan tanaman induk Unsur Nutrisi
Kandungan/100 g Durra (Kontrol Induk)
B-100
B-76
Zh-30
Air (%)
11,15
11,35
10,71
11,20
Protein (% b.k)
10,71
12,55
12,07
12,80
Lemak (%)
2,59
2,56
2,80
2,42
Karbohidrat (% b.k)
70,63
73,59
75,53
7286
Abu (%)
1,48
1,38
1,17
1,09
Serat kasar (%)
1,22
2,20
1,53
2,21
0,016
0,030
0,016
0,011
Tanin (% polifenol)
sumber : Hasil analisa, Pusat Penelitian Kimia, LIPI (2010) Keterangan: b.k. = bobot kering
Tabel 4. Hasil Evaluasi kadar gula batang, tinggi tanaman, produktivitas biomasa dan biji dari beberapa galur mutan sorgum dibandingkan tanaman kontrol Varietas/Galur
Parameter Pengamatan Tinggi tanaman (cm)
B-100
215
Kadar gula batang (%) 14
Produksi biomasa batang (t/ha)
Produksi biji (t/ ha)
51.00
6.82
B-95
230
15
46.14
6.34
B-92
240
16
52.43
6.10
B-90
223
16
55.29
6.75
B-83
220
14
45.71
6.72
B-76
228
16.5
54.71
6.50
B-75
233
15
58.57
6.24
B-72
230
15
50.00
10.70
B-69
230
17.2
54.71
7.01
Zh-30
140
13.8
48.57
8.53
Cty-33
263
16
75.71
6.86
Var. Durra (Kontrol induk) Var. Kawali (Kontrol nasional)
218
14
54.71
5.92
210
9 81.86
8.21
Sumber: CV. Agro Sekar Wangi, Subang Jawa Barat (2010)
443
Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
Metode Pedegree digunakan dalam kegiatan seleksi. Sejumlah 66 genotipe galur mutan generasi M3 telah diperoleh dan terseleksi. Secara visual penampilan di lapang dari galurgalur mutan tersebut memiliki indikasi sorgum manis yang ditandai oleh batang daun coklat (brown mid-rid), batang terasa manis apabila digigit dan produksi biomasa tinggi (Gambar 2). Hal senada dilaporkan FAO (2010) bahwa sorgum manis memiliki karakteristik batang daun coklat dan tanaman yang tinggi. Didapatkananya galur mutan yang memiliki indikasi ke arah sorgum manis maka galur-galur mutan tersebut saat ini sedang dilakukan penelitian secara intensif. Kegiatan seleksi dan analisa kadar gula batang akan dilakukan menggunakan alat refractometer. Diharapkan diperoleh galur mutan sorgum manis yang memiliki batang lebih manis, produksi biomasa tinggi dan batang besar serta kokoh, sehingga tanaman tidak mudah roboh diterjang angin. Perbaikan kualitas dari galurgalur mutan sorgum manis, meupakan bahan penelitian lebih lanjut sebagai bahan baku bioenergi.
Kesimpulan Melalui aplikasi Iptek nuklir di bidang pertanian, khususnya pemuliaan mutasi induksi sorgum telah diperoleh genotipegenotipe baru yang memiliki sifat-sifat baik, diantaranya produktivitas tinggi, kualitas batang dan unsur nutrisi (karbohidrat) baik dibandingkan tanaman asalnya sehingga ideal digunakan sebagai bahan baku bietanol untuk energi.
Daftar Pustaka Asosiasi Pengusaha Bioetanol Indonesia. 2010. http://www. Bietanol berbasis bahan baku sorgum manis. (Diakses tanggal 9 Juli 2010). Hal 2. BATAN. 2010. Hasil Teknologi Batan di Bidang Pertanian. http://www/batan/ patir/pert/ pert.html. (Di akses tanggal 2 Pebruari 2010). Hal 3. CV. Aro Darma Sekar Wangi. 2010. Hasil Evaluasi Galur Mutan Sorgum PatirBatan untuk bahan bietanol. Subang, Jawa Barat . Hal 4. DEPKES RI. 1992. Direktorat Gizi. Daftar Komposisi Bahan Makanan. Penerbit Bhratara-Jakarta. Hal. 57. FAO. 2010. Agricultural Department. Sweet Sorghum in China. World Food Summit. http//www.fao.org/ag. (Di akses 13 June 2010). Hal 6. HOUSE, L. R. 1985. A Guide to Sorghum Breeding. International Crops Research Institute for Semi-Arid Tropics. Andhra Pradesh, India. Hal 238. LIPI. 2010. Pusat Penelitian Kimia. Hasil Analisa Nutrisi Sorgum Patir-Batan. Puspitek Serpong, Tangerang. Hal 2. Reddy, V.S. Blumm dan W. D. Dar. 2007 Sweet Sorgum for Bioetanol. Makalah dalam Workshop “Peluang dan Tantangan Sorgum Manis sebagai Bahan Baku Bioetanol”. Dirjen Perkebunan, Departemen Pertanian. Jakarta. Hal. 8.
Gambar 2. Penampilan sorgum manis generasi M2, M3, dan galur Mutan Zh-30
444
Prosiding Pekan Serealia Nasional, 2010
ISBN : 978-979-8940-29-3
Soeranto, H., Sihono dan Parno. 1996. Perbaikan genetik sorgum melalui program pemuliaan tanaman. Makalah dalam Fukus Grup Diskusi “Prospek Sorgum untuk Mendukung Ketahanan Pangan dan Energi”. MENRISTEKBATAN. Serpong, 5 Sept. Hal 15-31. Sorghal-Biobase. 1997. Agronomic aspects of Sweet Sorghum and its utilization as biofuels in Wallonia (Belgium). European Energy Crops InterNetwork (Doc. B10092). Hal. 155. Suryowinoto, M. 1990. TENAGA ATOM Pemanfaatanya dalam Biologi dan Pertanian. Kanisius. Jakarta. Hal. 151.
pada Tanah Masam Melalui Pendekatan Participatory Plant Breeding. Proposal penelitian sebagai salah satu syarat dalam rangka penulisan Disertasi Doktor pada Program Studi Agronomi. Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Hal. 9-11. Sobrizal. 2008. Mutasi Induksi untuk Mereduksi Tinggi Tanaman Padi Galur KI 237. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop Radiasi-BATAN. 4 (2): 99-108. Yudiarto, M.A. 2006. Pemanfaatan sorgum sebagai bahan baku bioetanol. Makalah dalam Fukus Grup Diskusi “Prospek Sorgum untuk Mendukung Ketahanan Pangan dan Energi”. MENRISTEK-BATAN. Hal. 32-45.
Sungkono. 2007. Seleksi Tanaman Sorgum (Sorghum bicolor L. Moench) Untuk Produktivitas Biji dan Bioetanol Tinggi
445
