Makalah Bioteknologi (Kultur Jaringan) Fiks [PDF]

Citation preview

MAKALAH BIOTEKNOLOGI PERKEMBANGAN KULTUR JARINGAN DI INDONESIA



Disusun oleh : Kelompok 1



1.



Farida



(15312241045)



2.



Umi Ma’rufah



(15312241047)



3.



Umukhabibah



(15312241048)



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN IPA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2018



BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Penyediaan bibit merupakan salah satu hal penting pada bidang pertanian. Bibit yang berkualitas baik merupakan salah satu faktor yang menentukan keberhasilan dalam pengembangan pertanian di masa mendatang. Salah satu teknologi yang telah terbukti berhasil adalah melalui teknik kultur jaringan. Melalui kultur jaringan tanaman dapat diperbanyak setiap waktu sesuai kebutuhan karena faktor perbanyakannya yang tinggi. Bibit dari varietas unggul yang jumlahnya sangat sedikit dapat segera dikembangkan melalui kultur jaringan. Pada tanaman perbanyakan melalui kultur jaringan, bila berhasil dapat lebih menguntungkan karena sifatnya akan sama dengan induknya (seragam) dan dalam waktu yang singkat bibit dapat diproduksi dalam jumlah banyak dan bebas penyakit. Kultur jaringan adalah memelihara dan menumbuhkan sel tanaman (kalus, protoplas) dan organ tanaman (embrio, tunas, bunga, dan sebagainya) atau jaringan tanaman (sel, kalus, protoplast) pada kondisi aseptik atau in vitro. Tanaman bisa melakukan kultur jaringan jika memiliki sifat totipotensi, yaitu kemampuan sel untuk beregenerasi menjadi tanaman lengkap kembali.



B. RUMUSAN MASALAH 1. Apa pengertian kultur jaringan? 2. Apa saja manfaat kultur jaringan? 3. Bagaimana teknik dalam kultur jaringan? 4. Bagaimana tahapan dalam kultur jaringan? 5. Bagaimana perkembangan kultur jaringan di Indonesia?



C. TUJUAN 1. Menjelaskan pengertian kultur jaringan 2. Menjelaskan manfaat kultur jaringan 3. Menjelaskan teknik dalam kultur jaringan 4. Menjelaskan tahapan dalam kultur jaringan 5. Menjelaskan perkembangan kultur jaringan di Indonesia



BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Kultur Jaringan Menurut Suryowinoto (1991), kultur jaringan dalam baha asing disebut sebagai tissue culture. Kultur adalah budidaya dan jaringan adalah sekelompok sel yang mempunyai bentuk dan fungsi



yang sama. Jadi, kultur jaringan berarti



membudidayakan suatu jaringan tanaman menjadi tanaman kecil yang mempunyai sifat seperti induknya. Kultur jaringan merupakan teknik untuk menumbuhkembangkan bagian tanaman baik berupa sel, jaringan ataupun organ dalam keadaan aseptik secara in vitro, yang ditandai dengan kondisi kultur aseptik, penggunaan media buatan yang mengandungan nutrisi lengkap, Zat Pengatur Tumbuh (ZPT) serta kondisi ruang kultur, suhu dan pencahayaan yang terkontrol (Yusnita, 2003) Kultur jaringan tanaman adalah suatu teknik pengisolasian dan pemeliharaan sel atau potongan jaringan tanaman yang dipindahkan dari lingkungan alaminya, kemudian ditumbuhkan pada media buatan yang sesuai dan kondisinya aseptik (George dan Sherrington, 1984). Bagian–bagian tersebut kemudian memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman lengkap kembali (Gunawan, 1987). Jadi, kultur jaringan adalah memelihara dan menumbuhkan sel tanaman (kalus, protoplas) dan organ tanaman (embrio, tunas, bunga, dan sebagainya) atau jaringan tanaman (sel, kalus, protoplast) pada kondisi aseptik atau in vitro. Teori yang mendasari tehnik kultur jaringan adalah teori sel oleh Schawann dan Scheleiden (1838) yang menyatakan sifat totipotensi ( total genetic potential) sel, yaitu bahwa setiap sel tanaman yang hidup dilengkapi dengan informasi genetik dan perangkat fisiologis yang lengkap untuk tumbuh dan berkembang menjadi tanaman utuh, jika kondisinya sesuai . Berdasarkan bagian tanaman yang dikulturkan, secara spesifik terdapat beberapa tipe kultur yaitu kultur pucuk tunas, kultur embrio, kultur akar, kultur ovul, kultur anter, kultur kuncup bunga, kultur kalus dan kultur suspensi. Biondi and Thorpe (Thorpe, 1981) menyatakan bahwa terdapat tiga prinsip utama yang terlibat dalam tehnik kultur jaringan yaitu: 1. Isolasi bagian tanaman dari tanaman utuh seperti organ, jaringan, dan sel secara aseptik.



2. Memelihara bagian tanaman tadi dalam lingkungan yang sesuai dan kondisi kultur yang tepat 3. Pemeliharaan dalam kondisi aseptik B. Manfaat Kultur Jaringan Kegunaan utama dari kultur jaringan adalah untuk mendapatkan tanaman baru dalam jumlah banyak dalam waktu yang relatif singkat, yang mempunyai sifat fisiologi dan morfologi sama persis dengan induknya. Dari teknik kultur jaringan tanaman ini diharapkan juga memperoleh tanaman baru yang bersifat unggul. Secara lebih rinci dan jelas berikut ini akan dibahas secara khusus kegunaan dari kultur jaringan terhadap berbagai ilmu pengetahuan. Perbanyakan tanaman melalui kultur jaringan ini mempunyai keunggulan seperti: 1. Pengadaan bibit. Penyediaan bibit yang berkualitas baik merupakan salah satu faktor yang menentukan keberhasilan dalam pengembangan pertanian di masa mendatang.Pengadaan bibit pada suatu tanaman yang akan dieksploitasi secara besar-besaran dalam waktu yang akancepat akan sulit dicapai dengan perbanyakan melalui teknik konvensional. Pengadaan bibit membantu memperbanyak tanaman (menyediakan bibit), khususnya untuk tanaman yang sulit dikembangbiakkan secara generatif. 2. Menyediakan bibit bebas virus/penyakit. Banyak virus yang tak menampakkan gejalanya, namun bersifat laten, dan akan dapat mengurangi vigor, kualitas dan kuantitas produksi. Virus dalam tanaman induk merupakan masalah untuk perbanyakan vegetatif tanaman hortikultura secara konvensional. Pada daerah meristem, ternyata kandungan virusnya paling rendah bahkan tidak ada. Hal ini mungkin karena virus bergerak melalui sistem pembuluh, sedang daerah tersebut belum ada sistem pembuluhnya, selain itu aktivitas metabolisme tinggi pada daerah tersebut tidak mendukung replikasi virus, juga konsentrasi auksin yang tinggi menghambat multiplikasi. 3. Membantu program pemuliaan tanaman. Dengan kultur jaringan dapat membantu program pemuliaan tanaman untuk menghasilkan tanaman yang lebih baik melalui : Keragaman Somaklonal,



Kultur Haploid, Embryo Rescue, Seleksi In Vitro, Fusiprotoplas, Transformasi Gen /Rekayasa Genetika Tanaman dan lain-lain. 4. Membantu proses konservasi dan preservasi plasma nutfah. Dilakukan dengan konservasi in vivo dalam bentuk penyimpanan biji dan tanaman hidup (Kebun Raya), preservasi in vivo dengan cara menyimpan biji. Penyimpanan secara kultur jaringan dapat dilakukan dengan menggunakan teknik pertumbuhan minimal (minimal growth) dan kriopreservasi.Untuk biji ortodoks dalam ruang dengan temperatur dan kelembaban yang terkendali. Masalahnya pada biji rekalsitran (apalagi yang ukuran bijinya besar); perlu secara kultur karingan, yaitu sel-sel kompeten (mampu beregenerasi) disimpan dalam



temperatur



rendah



dan



dibekukan



dalam



cairan



nitrogen



(Kriopreservasi). Adapun penelitian penyimpanan secara kultur jaringan telah dilakukan suatu lembaga (BSJ) terhadap tanaman ubi-ubian, sepeti ubi kayu, gembili, dan yam. 5. Memproduksi senyawa kimia untuk farmasi, industri makan dan industri kosmetik. Sel-sel



tanaman



yang



dapat



memproduksi



senyawa



tertentu,



ditumbuhkan dalam bioreaktor besar. Misalnya untuk produksi senyawa antibiotik dari suatu jenis fungi. Senyawa hasil tersebut bisa didapatkan dari hasil sintesis lengkap; juga dapat merupakan hasil transformasi oleh enzim dalam sel tanaman. Misalnya pewarna merah untuk lipstik dari tanaman, yang disebut dengan biolips (produk kosmetik Kanebo). Kultur jaringan juga mempunyai manfaat yang besar dibidang farmasi, karena dari usaha ini dapat dihasilkan metabolit skunder upaya untuk pembuatan obat-obatan, yaitu dengan memisahkan unsur-unsur yang terdapat di dalam kalus ataupun protokormus, misalnya alkoloid, steroid, dan terponoid. Dengan ditemukannya cara mendapatkan metabolit skunderdari kalus suatu eksplan yang di tumbuhkan dalam medium kultur jaringan, mak berarti dapat menghemat waktu dan tenaga. Dengan cara biasa, untuk mendapatkannya harus menunggu lama sampai tanaman cukup umur bahkan sampai berproduksi hingga bertahun-tahun. Sedangkan dengan teknik kultur jaringan hanya membuthkan waktu antara tiga minggu sampai satu bulan saja. Metabolit yang dihasilkan dari kalus ternyata juga memiliki kadar yang lebih tinggi daripada dengan cara biasa (langsung dari tanaman). Dengan cara pengambilan metabolit



skunder dari kalus, biasanya selalu diperoleh kandungan lain yang lebih banyak jenisnya, karena seringkali timbul zat-zat alkaloid atau persenyawaanpersenyawaan lainnya yang sangat berguna untuk pengobatan.



C. Media dan Faktor yang Mempengaruhi Media merupakan faktor penentu dalam perbanyakan dengan kultur jaringan. Komposisi media yang digunakan tergantung dengan jenis tanaman yang akan diperbanyak. Media yang digunakan biasanya terdiri dari garam mineral, vitamin, dan hormon. Selain itu, diperlukan juga bahan tambahan seperti agar, gula, dan lain-lain. Zat pengatur tumbuh (hormon) yang ditambahkan juga bervariasi, baik jenisnya maupun jumlahnya, tergantung dengan tujuan dari kultur jaringan yang dilakukan. Media yang sudah jadi ditempatkan pada tabung reaksi atau botol-botol kaca. Media yang digunakan juga harus disterilkan dengan cara memanaskannya dengan autoklaf. Ada dua penggolongan media tumbuh yaitu media padat dan media cair. Media padat pada umumnya berupa padatan gel, seperti agar. Nutrisi dicampurkan pada agar. Media cair adalah nutrisi yang dilarutkan di air, dapat bersifat tenang atau dalam kondisi selalu bergerak, tergantung kebutuhan. Medium kultur jaringan atau kultur in vitro dapat berupa medium padat atau cair. Medium ini terdiri atas : 1. garam-garam anorganik berupa unsur hara makro maupun mikro Keperluan garam anorganik dalam jaringan hampir sama dengan tanaman utuh. Setiap tanaman memerlukan paling sedikit 16 unsur untuk pertumbuhan yang normal yang terdiri dari unsur esensiel makro dan mikro. Konsentrasi optimal dari tiap komponen untuk mencapai kecepatan pertumbuhan yang maksimal sangat bervariasi. Unsur makro dibutuhkan dalam jumlah yang cukup besar, terdiri dari C, H, O, N, S, P, K, Ca dan Mg. Unsur C, H dan O terrdapat di udara, unsur N,P dan K merupakan unsur yang mutlak harus tersedia, sedangkan unsur S, Ca dan Mg boleh ada atau tidak, tetapi karena fungsinya sangat mendukung pertumbuhan jaringan, maka akan lebih baik apabila unsur-unsur tersebut juga tersedia. Unsur makro biasanya diberikan pada media dalam bentuk persenyawaan. Unsur mikro seperti : Cl, B, Mo, Mn, Cu, Fe, Zn, dan Co diperlukan dalam jumlah sedikit. Senyawa mikronutrient yang sering dipakai antara lain



MnSO4.4H2O,



ZnSO4.7H2O,



H3BO3.KI,



CuSO4.5H2O



NaMoO4.2H2O,



CoCl2.6H2O, FeCl3.6H2O, FeIII citrate, FeIII tartrate 2. Zat organik (vitamin, karbohidrat (gula), zat pengatur tumbuh, myo-inositol, dan asam-asam amino) Karbohidrat (gula) digunakan sebagai sumber energi untuk induksi kalus dan pertumbuhan kalus, myo-inositol untuk membantu diferensiasi dan pertumbuhan jaringan, dan vitamin berguna untuk mempercepat pertumbuhan dan diferensiasi kalus. Asam amino merupakan sumber N organik yang lebih cepat diserap daripada N anorganik di dalam medium yang sama. Asam amino yang sering dipakai adalah L-arginin, L-aspartic acid, L-cystein, L-glutamine, L-asparagin, Lmethionin, L-tyrosin, Glycine. Zat Pengatur Tumbuh (ZPT) sangat diperlukan sebagai komponen medium. Tanpa ZPT pertumbuhan eksplan sangat lambat atau sama sekali tidak tumbuh. Menurut Torres (1989), ZPT yang penting untuk kultur jaringan tanaman antara lain adalah auksin dan sitokinin. Zat pengatur tumbuh yang termasuk dalam golongan auksin adalah IAA (Indole Acetic Acid), PAA (Phenyl Acetic Acid), 4-chloroIAA (4-chloro Indole Acetic Acid), dan IBA. Beberapa lainnya merupakan auksin sintetik, misalnya NAA (Napthalene Acetic Acid), 2,4 D (2,4 Dichloro Phenoxy Acetic Acid), dan MCPA (2-methyl4 chloro Phenoxy Acetic Acid. IBA 2,4-D paling efektif untuk menginduksi pembelahan sel dan pembentukan kalus. NAA dan 2,4-D lebih stabil dibandingkan IAA, yaitu tidak mudah terurai oleh enzim-enzim yang dikeluarkan oleh sel atau karena pemanasan pada saat proses sterilisasi. IAA bersifat mudah rusak oleh cahaya dan oksidasi ensimatik. Sitokinin berperan dalam pengaturan pembelahan sel dan morfogenesis. Sitokinin yang banyak dipakai adalah Kinetin dan Benzylaminopurin (BAP). Kinetin dan auksin memberikan pengaruh interaksi terhadap diferensiasi jaringan. Giberellin berperan dalam pembesaran dan pembelahan sel, juga pada pembentukan akar. Penggunaan giberellin dapat meningkatkan jumlah auksin endogen. Giberellin dalam bentuk larutan mudah rusak dan kehilangan sifatnya sebagai zpt pada perlakuan temperatur tinggi 3. Agar (untuk media padat)



Faktor-faktor yang Berpengaruh terhadap Keberhasilan Kultur Jaringan Tanaman 1. Eksplan Keberhasilan morfogenesis suatu budidaya jaringan, salah satunya ditentukan oleh eksplan. Eksplan adalah bagian dari tanaman yang digunakan sebagai bahan untuk inisiasi suatu kultur. Untuk teknik kultur jaringan, semua bagian tanaman yang dapat diperoleh dan bebas mikroorganisme dapat dicoba sebagai eksplan, walaupun demikian tidak semua jaringan tanaman mudah ditumbuhkan. Hal yang harus diperhatikan dalam memilih bahan eksplan untuk kultur adalah ukuran eksplan, umur fisiologinya, dan organ yang menjadi sumber bahan tanaman (Hartmann et al., 1990). Ukuran eksplan mempengaruhi keberhasilan pertumbuhan planlet. Tunas dengan ukuran besar lebih tahan pada saat dipindahkan ke dalam kondisi kultur, pertumbuhannya lebih cepat dan menghasilkan lebih banyak mata tunas aksilar. Adapun kelemahannya adalah sulit mendapatkan kultur yang aseptik dan memerlukan bahan tanaman yang lebih banyak. Pengambilan bahan tanaman sebagai eksplan dari umur fisiologi juvenil lebih baik dibanding jaringan tanaman yang tua karena bagian-bagian tanaman yang masih muda (juvenil), terutama kecambah memiliki daya regenerasi yang lebih tinggi daripada tanaman dewasa (Gunawan, 1995). Jaringan muda mempunyai kemampuan morfogenetik yang lebih besar daripada jaringan yang tua. Untuk tanaman tahunan berkayu misalnya tanaman jati, bagian tanaman yang dapat digunakan sebagai bahan untuk kultur jaringan adalah tunas juvenil. Tunas ini dapat diperoleh dengan melakukan pemangkasan berat. Tunas yang muncul setelah pemangkasan, yang digunakan sebagai bahan tanaman atau eksplan. Selain itu, fase juvenil kadangkadang dapat juga diinduksi dengan cara melakukan penyemprotan tanaman dewasa dengan GA3 atau campuran antara auksin dan GA3 (George dan Sherrington, 1984). Untuk memudahkan proses sterilisasi bahan tanaman, sebaiknya tanaman induk berada atau ditanam di rumah kaca. Hal ini memudahkan perlakuan penyemprotan dengan fungisida dan bakterisida secara periodik sehingga dapat mengurangi tingkat kontaminasi bahan tanaman yang akan disterilisasi. Eksplan yang telah terpilih disterilisasi permukaannya dengan berbagai bahan sterilisasi. Tipe dan konsentrasi sterilisasi serta waktu yang digunakan ditentukan berdasarkan pengalaman dan pengamatan. Bahan sterilisasi yang



digunakan untuk sterilisasi permukaan misalnya sodium hipoklorit, hidrogen peroksida, bromine water, dan silver nitrat. Pada sterilisasi permukaan yang penting adalah seluruh permukaan basah oleh larutan sterilisasi. Penggunaan alkohol 70% dan penambahan deterjen atau tween 80 dapat lebih mengefektifkan sterilisasi (Biondi dan Thorpe, 1981). Wattimena (1992) menyatakan eksplan tanaman berkayu seringkali mengeluarkan senyawa fenol yang menyebabkan terjadinya pencoklatan bila jaringan diisolasi. Eksplan yang mengalami pencoklatan bila dibiarkan akan mati. Untuk mengatasi masalah ini dapat dilakukan antara lain dengan membilas terus-menerus dengan air atau menggunakan arang aktif yang dapat mengabsorpsi senyawa fenol. 2. Media Kultur Keberhasilan dalam penggunaan metode kultur jaringan sangat tergantung pada media yang digunakan (Gunawan, 1987). Unsur-unsur yang penting dalam media tersebut adalah garam garam anorganik, vitamin, zat pengatur tumbuh, sumber energi, dan karbon. Media kultur jaringan tanaman tidak hanya menyediakan unsur-unsur hara makro dan mikro, tetapi juga karbohidrat yang pada umumnya berupa gula untuk menggantikan karbon yang biasanya diperoleh dari atmosfer melalui fosintesis (Gunawan, 1987). Gula yang digunakan sebagai sumber karbon misalnya sukrosa atau glukosa. Konsentrasi sukrosa dalam media biasanya 24%. Komposisi media yang digunakan tergantung pada jenis tanaman yang akan diperbanyak, misalnya media dasar Vacin dan Went biasanya digunakan untuk kultur jaringan anggrek, media dasar B5 untuk kultur alfafa, kedelai, dan legum lainnya. Media Woody Plant Media (WPM) biasanya digunakan untuk tanaman kehutanan. Komposisi media Murashige dan Skoog mengandung unsur-unsur yang lebih lengkap sehingga digunakan pada hampir semua jenis kultur (Gunawan, 1987). Perbanyakan tanaman jati pada media MS menghasilkan rata-rata tujuh tunas per sampel dan hasil ini lebih baik dibandingkan media yang lain (Herawan dan Husnaeni, 2001). 3. Zat Pengatur Tumbuh Tanaman Menurut Moore (1979), zat pengatur tumbuh (ZPT) adalah senyawa organik bukan nutrisi yang dalam jumlah sedikit (