KUANTIFIKASI PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN SERANGGA MENGGUNAKAN INDEKS PERTUMBUHAN (Growth Index, GI) DAN INDEKS PERTUMBUHAN RELATIF (Relative Growth Index, RGI)

Sumber:

Zhang, M., Swapan K. Chaudhuri, and Isao Kubo. 1993. Quantification of Insect Growth and Its Use in Screening of Naturally Occurring Insect Control Agents. Journal of Chemical Ecology 19 (6).

Berbagai parameter berbeda telah digunakan dalam kajian senyawa penghambat pertumbuhan serangga, misalnya indeks nutrisi yang dikembangkan Waldbauer (1968), dapat menjelaskan laju konsumsi pakan (pakan yang dimakan/hari/berat tubuh), dan laju pertumbuhan relatif (pertambahan berat tubuh/hari/rata-rata berat tubuh). Parameter-parameter tersebut akan sangat bervariasi dari satu instar dengan instar lainnya, atau dari satu jenis-alelokimia dengan jenis lainnya.

Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, Zhang et al. (1993) memperkenalkan perhitungan Indeks Pertumbuhan (growth index, GI) dan Indeks Pertumbuhan Relatif (relative growth index, RGI). Populasi serangga yang mengkonsumsi makanan yang mengandung senyawa penghambat pertumbuhan biasanya memperlihatkan perbedaan atau distribusi individu pada setiap tahapannya bila dibandingkan dengan kontrolnya. Pada titik waktu tertentu, populasi yang pertumbuhannya terhambat akan memiliki individu-individu yang lebih banyak pada tahap awal, dan pada tahap berikutnya akan terlihat berbeda dengan kontrolnya, Tingkat penghambatan pertumbuhan ini, selanjutnya, akan berhubungan dengan konsentrasi bahan kimia dalam makanan. 

Molting merupakan karakteristik konsisten dari perkembangan serangga. Oleh karena itu, instar dapat digunakan untuk menilai pertumbuhan serangga. Untuk tujuan bioassay, Zhang et al. (1993) mendefinisikan pertumbuhan serangga sebagai kemampuan untuk melakukan molting dan berkembang menjadi instar selanjutnya. Jumlah molting mengindikasikan adanya kemajuan dalam perkembangan. Apabila tidak terjadi molting maka dianggap serangga itu tidak mengalami pertumbuhan. Dengan demikian, instar digunakan sebagai parameter dan indeks pertumbuhan (growth index, GI) digunakan untuk mewakili laju pertumbuhan serangga: hasil penjumlahan dari suatu tahap yang clicapai oleh individu-individu larva serangga pada kondisi percobaan, dibagi dengan hasil kali jumlah individu (N) larva uji dengan seluruh tahap. Misalnya suatu larva serangga mengalami 5 tahap instar dan 1 tahap pupa, dengan menggunakan tahap-1 adalah instar-1 dan tahap-6 untuk pupa, perhitungan GI adalah sebagai berikut (Persamaan 1):

Dimana: n₁ , n₂ , n₃ …………. n₆ adalah jurnlah individu pada tahap 1, 2, 3, dan 6. N = n₁ + n₂ + n₃ + ……….. + n₆

Dari perhitungan di atas, dapat dibuat perhitungan praktis GI sebagai berikut (Persamaan 2):

Dimana: i adalah jumlah tahapan (tahapan ke-i); ni adalah jumlah larva yang hidup pada tahapan ke- i; adalah jumlah larva yang mati pada tahapan ke-i; i_max adalah tahap tertinggi yang dapat dicapai oleh serangga (disini i_max = 6, yaitu tahapan pupa); dan N adalah jumlah larva awal yang digunakan dalam setiap kelompok.

Setelah GI untuk setiap kelompok perlakuan dan kelompok kontrol diperoleh, RGI untuk kelompok perlakuan dapat ditentukan dengan menggunakan perhitungan berikut (Persamaan 3):

Larva yang tidak berkembang atau mati turut diperhitungkan dalam menentukan GI dimana (i - 1) digunakan untuk mewakili tahap larva yang ditemukan mati dalam tahapan i. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa jika larva mati pada tahap i, pasti hidup dalam tahap yng lebih awal (i - 1). Sebagai contoh, jika sebuah larva instar pertama ditemukan mati, i - 1 akan 0 (yaitu, tidak ada pertumbuhan), jika larva instar keempat ditemukan mati, i - 1 akan menjadi 3.

Berdasarkan cara perhitungan di atas, GI didefinisikan sebagai suatu tingkatan pertumbuhan individu yang berdasarkan pengertian teori pertumbuhan optimum. RGI, yang diperoleh dari GI-perlakuan dibagi dengan GI-kontrol adalah tingkatan pertumbuhan relatif suatu individu dalam kelompok perlakuan terhadap pertumbuhan individu kelompok kontrol. Penggunaan prosedur kuantifikasi ini memungkinkan dalam membandingkan dampak dari variabel-variabel (misalnya, allochemicals, nutrisi, faktor lingkungan, dll) terhadap perkembangan berbagai species serangga dengan membandingkan RGI spesies, analog dengan menggunakan LD₅₀ untuk mengukur toksisitas akut bahan kimia.

Keuntungan Penggunaan Perhitungan GI dan RGI

Dengan menggunakan RGI, penentuan tingkat pengaruh suatu penghambat pertumbuhan serangga dapat dilakukan dengan lebih sederhana. Dalam suatu kajian senyawa penghambat pertumbuhan, seringkali ditemukan bahwa pada saat koleksi data hasil percobaan, individu-individu dalam satu kelompok uji memiliki perbedaan tahap/instar, dan seringkali ditemukan adanya kematian beberapa larva yang berhenti pertumbuhannya atau mati pada instar yang berbeda. Beberapa kesulitan seringkali dijumpai dalam analisis data hasil uji-hayati menggunakan laju pertumbuhan relatif (Waldbauer, 1968), maupun metode mortalitas. Kesulitan tersebut dapat diatasi dengan menghitung pengaruh penghambat pertumbuhan dengan cara GI dan RGI. Dalam penentuan GI, individu-individu yang mati telah masuk dalam perhitungan. Pada metode uji hayati ini, jika satu larva ditemui mati pada instar tiga, larva tersebut masih hidup dan berkembang pada instar dua, sehingga larva yang hidup dan mati pada instar yang sama dikategorikan kedalam tahap perhitungan yang berbeda (persamaan 2).

RGI dapat juga memberikan keterangan mengenai distribusi umur dari individu-individu pada kelompok uji. RGI yang rendah menunjukkan bahwa banyak individu yang tidak dapat berkembang atau mati pada instar awal. RGI = 0 berarti tidak ada pertumbuhan atau seluruh larva mati pada instar satu. RGI = 1 atau mendekati 1, menunjukkan bahwa individu-individu pada kelompok uji mengalami pertumbuhan yang sempurna (tidak berbeda dengan serangga dalam kontrolnya).

RGI memberikan analisis kuantitatif dengan cara yang memungkinkan perbandingan langsung dari faktor penghambat pada pengembangan spesies serangga berbeda, karena RGI adalah indeks relatif dan independen dari berbagai durasi atau jumlah tahap perkembangan untuk spesies serangga yang berbeda (lihat persamaan 1 dan 3).

Perhitungan RGI tidak hanya menggunakan jumlah individu, tetapi tahap atau instar, sehingga dapat dikatakan bahwa kepekaan metode ini akan bertambah. Walapun demikian, metode ini tidak dapat menjelaskan “mode of action” suatu senyawa uji, sehingga penggunaan GI dan RGI sangat sesuai digunakan untuk uji hayati suatu ekstrak kasar yang biasanya memiliki pengaruh yang lebih lemah daripada suatu senyawa aktif (pada ekstrak kasar konsentrasi senyawa aktif lebih rendah).

Penggunaan RGI tidak terbatas pada analisis efek allelokimia pada perkembangan serangga. Metode ini juga mungkin berguna dalam studi tentang interaksi tanaman inang-herbivora, seperti kesesuaian inang dan resistensi inang. Dengan cara perhitungan yang sama, RGI juga bisa digunakan untuk kelompok selain serangga, asalkan bahwa perkembangannya dapat dicirikan ke dalam tahapan yang konsisten. Dengan RGI, penggunaan parameter lain seperti LD₅₀ akan meningkatkan daya analisis data dalam bioassay.