BIOTEKNOLOGI TANAMAN

BAB 8. BIOTEKNOLOGI TANAMAN

Kegiatan pada bidang pertanian organisme lainnya, baik itu yang dapat dibagi menjadi 3 generasi :

mempunyai hubungan kekerabatan y Generasi pertama adalah kegiatan

yang dekat (contohnya satu menghasilkan benih (generatif dan

spesies atau famili) maupun vegetatif).

sebaliknya; pemanfaatan mikroba y Generasi kedua adalah kegiatan

sebagai starter untuk memproduksi menghasilkan teknik budidaya

pupuk (bio-fertilizer dan pada bidang pertanian.

dekomposer) ataupun pestisida y Generasi ketiga adalah kegiatan

(bio-pesticide), teknik kultur menghasilkan produk agroindustri

jaringan, teknologi DNA rekombinan dan berbagai rekayasa

Berdasarkan hasil penelitian pada genetik pada tanaman dan mikroba bidang biologi yang diintegrasikan

yang menguntungkan untuk dengan teknologi yang mengkaji ilmu

efisiensi input budidaya tanaman. dasar (basic science) ditemukan

Sukses pada generasi berbagai mekanisme dalam proses

pertama pertanian seperti metabolisme mahluk hidup yang lebih

pengadaan bibit unggul, akan dimengerti sehingga pada periode ke

mendukung suskes budidaya dan tiga ini dihasilkan produk pertanian

selanjutnya mendukung sukses yang lebih efektif dan efisien. agroindustri. Benih pertanian yang

Keilmuan tentang penerapan prinsip- dihasilkan melalui bioteknologi prinsip biologi, biokimia dan rekayasa

meliputi pengembangan dan dalam pengolahan bahan dengan

penyediaan benih unggul sehingga memanfaatkan agensia jasad hidup

dapat meningkatkan produktivitas dan komponen-komponennya untuk

dan kualitas tanaman, serta menghasilkan barang dan jasa disebut

mempunyai ketahanan terhadap bioteknologi (Yuwono, 2006). hama dan penyakit.

Bioteknologi diharapkan dapat Benih yang dihasilkan juga berperan menghasilkan produk

tepat sasaran dan mudah ditangani agribisnis yang berdaya saing tinggi.

(user friendly). Tepat sasaran Peran ini dapat diimplementasikan

artinya, sifat benih yang kedalam ketiga generasi pertanian

dikembangkan sesuai sasaran, diatas. Dari kenyataan yang ada,

seperti menghasilkan buah yang perkembangan bioteknologi telah

banyak dan bermutu baik. Sebagai berhasil memberikan terobosan pada

contoh adalah pisang cavendis bidang pertanian seperti percepatan

(buah pisang berukuran besar) untuk menghasilkan suatu varietas

mudah dibudidayakan, sehingga tanaman yang baru; pemanfaatan

sesuai dengan kondisi petani yang mikroba sebagai vektor pembawa sifat

pada umumnya sederhana dan genetik yang dapat mentranfer sifat

praktis.

tersebut dari satu organisme ke

Kemampuan bioteknologi dalam melalui biaya per unit produk yang pengadaan benih diantaranya

relatif rendah, masa tanam dan dilakukan melalui proses rekayasa

pemeliharaan yang lebih singkat, genetika (genetic engineering). Dalam

produksi yang tinggi dengan mutu hal ini adalah proses menghimpun dan

baik dan seragam, tahan hama dan menyatukan sifat-sifat tanaman (sifat

penyakit, tidak merusak genetik) yang unggul dan membuang

lingkungan, mudah dalam sifat yang tidak baik.Pengetahuan

pemeliharaan atau perawatan. tentang peta genetik banyak

Dalam budidaya tanaman, bermanfaat untuk pembenihan, antara

bioteknologi juga mempunyai lain digunakan pada seleksi benih

peranan yang sangat besar yang tidak unggul atau cacat tidak

terutama dalam pengembangan perlu diperbanyak karena akan

dan penyediaan pupuk organik merugikan petani. Perbanyakan benih

(biofertilizer) dan pertisida vegetatif dapat dilakukan melalui

(biopestisida), sehingga dapat kultur jaringan (tissue culutre) ataupun

meningkatkan pertumbuhan dan embriogenesis. Benih vegetatif dapat

perkembangan tanaman serta diperbanyak secara massal, dengan

melipatgandakan hasil pertanian, mutu yang standar, fisik dan sifatnya

Selain hal tersebut di atas, seragam. Hal ini ditujukan untuk

bioteknologi dapat memberikan menjawab kebutuhan benih dalam

kotribusi yang sangat besar jumlah besar dalam waktu serentak,

terhadap konservasi lahan dan sehingga memenuhi QCD (Quality

lingkungan.

Cost dan Delivery). Pemanfaatan hasil Di Indonesia, perkembangan

pengembangan bioteknologi dalam bioteknologi belum optimal karena

penyediaan pupuk organik dan sampai saat ini belum dapat

biopestisida, masih belum memberikan solusi-solusi yang

memasyarakat, sehingga dalam diperlukan untuk mengatasi masalah

kondisi seperti saat ini dimana kita petani, sebagai contoh, untuk

kekurangan suplai pupuk kebutuhan pemenuhan kedelai bagi

anorganik, keberadaan dan industri tempe yang banyak

ketersediaan pupuk organik dikonsumsi oleh masyarakat kita,

sebagai pupuk elternatif belum ternyata kedelai yang digunakan

dapat diandalkan.

adalah kedelai impor, karena kedelai Peranan bioteknologi dalam yang dihasilkan oleh petani kita kurang

pengembangan argo-industri cocok.

banyak dilakukan terutama yang Generasi kedua pertanian meliputi

berkaitan dengan proses teknik budidaya yang mencakup

fermentasi seperti berbagai produk pengetahuan lahan, teknik pengolahan

makanan yang bergizi serta lahan, teknik penanaman, teknik

berbagai macam obat-obatan dan pemupukan dan teknik pemeliharaan

antibiotik. Peranan bioteknologi serta panen. Dengan memakai benih

dalam bidang agro-industri, dapat unggul diharapkan hasil budidaya pun

menurunkan input produksi, biaya akan unggul pula. Hal ini ditandai, menurunkan input produksi, biaya akan unggul pula. Hal ini ditandai,

telah mengembangkan tanaman tembakau yang lebih toleran

8.1. Bioteknologi Tanaman

terhadap kadar garam tinggi, tanaman yang tahan terhadap

Bioteknologi modern telah herbisida, tahan terhadap hama berkembang sangat pesat dan

dan penyakit tertentu, dan meluas sehingga mencakup berbagai

sebagainya.

bidang dalam kehidupan manusia. Bioteknologi modern Saat ini, aplikasi bioteknologi

menghasilkan berbagai macam moderen untuk pemenuhan

bahan industri. Berbagai macam kebutuhan manusia masih terkait

enzim dan protein, baik untuk erat dengan penggunaan bioteknologi

keperluan industri maupun untuk konvensional yang telah berkembang

konsumsi dan terapeutik sebelumnya. Dalam penyediaan

(pengobatan) telah dihasilkan pangan, selain menggunakan

dengan menerapkan bioteknologi pendekatan bioteknologi modern,

modern yang berlandaskan atas beberapa peneliti masih meng-

teknologi DNA rekombiman. andalkan teknologi konvensional

Pengembangan Bioteknologi untuk menghasilkan benih tanaman

moderen juga mempunyai berkualitas. Sebagai contoh,

pengaruh balik yang penting tanaman padi yang dibudidayakan

terhadap perkembangan ilmu-ilmu sekarang ini sebagian besar masih

dasar. Banyak konsep dasar berasal dari hasil persilangan

dalam sistem fisiologi jasad hidup konvensional, meskipun sudah ada

yang menjadi lebih jelas dan galur-galur baru yang dikembangkan

mudah dipahami dengan adanya dengan teknologi DNA rekombinan,

perkembangan-perkembangan misalnya galur padi Golden Rice.

baru dalam teknik-teknik molekular. Galur Golden Rice adalah galur padi

Oleh karena itu ilmu-IImu dasar yang membawa gen-gen asing dari

dan Bio-teknologi modem akhimya bakteri sehingga beras yang dihasilkan

saling mendukung dalam oleh galur padi ini mempunyai

perkembangannya masing-masing. kandungan provitamin A yang tinggi. Galur semacam ini tidak pernah

8.2. Struktur Dan Organisasi

diketemukan sebelumnya di alam

Bahan Genetik Tanaman

maupun berdasarkan hasil persilangan konvensional.

Studi mengenai eksistensi Dalam bidang budidaya tanaman

asam nukleat pertama kali pangan dan tanaman industri, selain

dilakukan oleh Friedrich Miescher menggunakan teknik-teknik dari Jerman yang mengisolasi inti konvensional, sudah berkembang

dari sel darah putih pada tahun galur-galur tanaman transgenik baru

1869. Miescher menemukan yang mempunyai sifat toleran terhadap

bahwa di dalam inti sel tersebut keadaan lingkungan dengan terdapat senyawa yang menyisipkan gen-gen asing dari jasad

mengandung fosfat yang kemudian mengandung fosfat yang kemudian

yang masih hidup (sel tipe S). dilakukan pemisahan antara DNA

Diketahui kemudian bahwa injeksi (deoxy-ribonucleic acid) RNA

dengan sel tipe S yang hidup (ribonucleic acid) dan protein-protein

menyebabkan kematian mencit. yang melekatkan molekul asam

Selanjutnya eksperimen dilakukan nukleat tersebut pada sel. Pada awal

dengan menginjeksi mencit 1930-an, P. Levene, W. Jacobs dan

menggunakan sel tipe R yang kawan-kawan menunjukkan bahwa

hidup. Injeksi semacam ini RNA tersusun atas satu gugus gula

ternyata tidak menyebabkan ribosa dan empat basa yang

kematian mencit. Hal yang serupa mengandung nitrogen, sementara

juga diperoleh yaitu bahwa injeksi DNA tersusun atas gugus gula yang

mencit menggunakan sel tipe S berbeda yaitu deoksiribosa.

yang sudah dimatikan ternyata Pembuktian bahwa DNA

juga tidak menyebabkan kematian merupakan bahan genetik pertama

mencit. Pada eksperimen dilakukan oleh Frederick Griffith pada

selanjutnya Griffith mencampur sel- tahun 1928 yaitu dengan linen

sel tipe S yang sudah dimatikan transformasi pada bakteri dengan sel-sel tipe R yang masih Streptococcus pneumoniae.

hidup dan diinjeksikan ke dalam Bakteri S. pneumoniae tipe alami

mencit. Hasil eksperimen mempunyai bentuk sel bulat (Spheris)

menunjukkan bahwa inj'eksi yang diselubungi oleh senyawa

dengan campuran sel semacam ini berlendir yang disebut kapsul. Sel-sel

menyebabkan kematian mencit. tipe alami akan membentuk koloni

Griffith kemudian mengisolasi yang mengkilat dikenal sebagai koloni

bakteri S. pneumoniae dari mencit halus (smooth, S). Sel tipe alami

yang sudah mati tersebut dan semacam ini bersifat virulen artinya

memperoleh sel-sel tipe S dan R dapat menyebabkan terjadinya

yang hidup. Hal ini memberikan kematian pada mencit yang diinjeksi

indikasi bahwa pencampuran sel dengan sel yang masih hidup. Selain

tipe S yang mati dengan sel tipe R itu diketahui adanya strain mutan S.

yang hidup telah menyebabkan pneumoniae

yang kehilangan peru-bahan (transformasi) sel tipe kemampuannya untuk membentuk

R yang hidup menjadi sel tipe S kapsula sehingga sel-selnya berukuran

yang hidup.

kecil dan akan membentuk koloni yang Bukti bahwa DNA merupakan kasar (tipe R). Sel mutan semacam ini

bahan yang menyebabkan bersifat avirulen, artinya tidak dapat

terjadinya proses transformasi menyebabkan kematian pada mencit

pada S. pneumoniae ditunjukkan yang diinjeksi oleh sel mutan.

oleh eksperimen yang dilakukan Eksperimen Griffith menunjukkan

oleh Oswald Avery, Colin Macleod, bahwa sel-sel yang avirulen dapat

dan Maclyn McCarty pada tahun mengalami transformasi (perubahan)

1944. Mereka melakukan menjadi sel yang virulen. Hal ini

eksperimen serupa dengan yang dibuktikan dengan menginjeksi mencit

dilakukan oleh Griffith, namun dilakukan oleh Griffith, namun

yang dikenal sebagai Waring menyebabkan transformasi S.

blender experiment. pneumoniae. Mereka melakukan ekstraksi terhadap sel virulen dan kemudian menghilangkan proteinnya. Hasil ekstraksi tersebut kemudian diperlakukan dengan bermacam- macam enzim yang mendegradasi protein (tripsin dan kemotripsin) maupun enzim yang menghancurkan RNA (RNA-ase).

Pengujian selanjutnya Gambar 8.1 menunjukkan bahwa ekstrak sel

Hipotesa Griffith tentang agen transformasi tersebut ternyata masih dapat

menyebabkan proses transformasi. Hasil eksperimen membuktikan bahwa senyawa yang menyebabkan proses trasnformasi bukanlah RNA.

Sebaliknya, ketika ekstrak sel tersebut diperlakukan dengan enzim deoksiribonukle-ase yang

menghancurkan DNA, ternyata Gambar 8.2 Percobaan Avery tentang transformasi kemampuan untuk menyebabkan

proses transformasi menjadi hilang. Dalam eksperimen tersebut Hasil ini memberikan indikasi bahwa

digunakan bakteriofag T2 yang senyawa yang menyebabkan

diketahui hanya terdiri atas protein transformasi adalah molekul DNA.

dan DNA. Untuk membuktikan Bukti lebih lanjut yang

apakah senyawa yang memperkuat asumsi bahwa senyawa

bertanggung jawab terhadap yang menyebabkan proses perubahan sifat suatu sel berupa

transforinasi adalah DNA ditunjukkan protein atau DNA maka Hershey oleh eksperimen yang dilakukan oleh

dan Chase melakukan pelabelan

A.D. Hershey dan Martha Chase pada terhadap protein bakteriofag T2 tahun 1952 dengan eksperimen yang

dengan 35 S. Selain itu, pada bagian dikenal sebagai Waring blender

eks-perimen yang lain, mereka experiment. Dalam eksperimen

juga melabel DNA bakteriofag tersebut digunakan bakteriofag T2

dengan 32 P. Bakteriofag yang telah yang diketahui hanya terdiri atas.

dilabel tersebut kemudian Bukti lebih lanjut yang

digunakan untuk menginfeksi memperkuat asumsi bahwa senyawa

Escherichia Selubung yang menyebabkan proses partikel bakteriofag yang sudah

bakteri

transforinasi adalah DNA ditunjukkan mengi-njeksikan DNA ke dalam sel oleh eksperimen yang dilakukan oleh

kemudian diambil dan dianalisis.

A.D. Hershey dan Martha Chase pada

Hasil analisis menunjukkan bahwa sebagian besar protein berlabel tetap ada di luar sedangkan DNA berlabel ada di dalam sel. Hal ini memberikan yang jelas bahwa senyawa yang masuk kedalam sel adalah DNA.

Hasil-hasil eksperimen seperti yang dijelaskan di atas bahwa molekul yang meru-pakan bahan genetik di dalam sel adalah DNA. DNA merupakan salah satu makromolekul yang mempunyai peranan sangat penting pada jasad hidup. DNA adalah polimer nukleotida yang

tersusun secara sistematis dan Gambar 8.3 merupakan pembawa informasi

Bactriophage T2 phage hasil dari genetik yang diturunkan kepada jasad percobaan Harshey-Chase

keturunannya. informasi genetik

disusun dalam bentuk kodon (codon) yang berupa tiga pasang basa nukleotida dan menentukan bentuk, struktur maupun fisiologi suatu jasad.

Gambar 8.4 Siklus produksi virus di dalam sel inang

a. Asam nukleat dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik.

Asam nukleat adalah suatu Asam nukleat ctapat dibedakan polimer nukleotida yang berperanan di

menjadi dua struktur dasar yaitu

DNA dan RNA. Satu nukleotida terdiri atas tiga bagian (Gambar 3. I.) yaitu:

1). Cincin purine atau pyrimidine

Purine atau pyrimidin adalah basa nitrogen yang terikat pada pada atom

C nomor 1 suatu molekul gula (ribosa atau deoksiribosa) melalui ikatan N-

glukosidik. Basa nitrogen yang

menyusun asam nukleat yaitu basa Gambar 8.5 Preparasi bakteriofag yang diberi label T2 purine yang terdiri atas adenine (A)

secara radioaktif dan guanine (G), serta basa pirimidine

yang terdiri atas thymine (T), cytosine

(C) dan uracil (U). Baik DNA (deoxy-

3) Gugus fosfat ribonucleic acid) maupun RNA

(ribonucleic acid) tersusun atas A, G, Gugus fosfat yang terikat

C, tetapi T hanya terdapat pada DNA pada atom C nomor 5 melalui sedangkan U hanya terdapat pada

ikatan fosfoester. Gugus fosfat RNA. Akan tetapi ada per-kecualian

inilah yang menyebabkan asam yaltu bahwa pada beberapa molekul

nukleat bermuatan negatif kuat. tRNA terdapat basa T, sedangkan

Timidin (thymidine) Timidin adalah pada beberapa bakteriofag DNA-nya

bentuk deoksi. Beniuk ribo tidak tersusun atas U dan bukan basa T.

ada dalam asam nukleat. Uridin Struktur basa nitrogen penyusun asam

adalah bentuk ribo, deoksiuridin nukleat dapat dilihat pada Gambar 3.2.

umumnya tidak ada. Struktur molekul DNA pertama kali

2) Molekul gula dengan 5 atom C diungkapkan oleh James Watson (pentosa).

dan Francis Crick pada tahun 1953 berdasarkan atas foto difraksi sinar

X yang dibuat oleh Rosalind sedangkan pada DNA gulanya adalah

Pada RNA gulanya adalah ribosa,

Franklin dan Maurice Wilkins. deoksiribosa. Perbedaan antara

Berdasarkan atas data. kimia dan kedua bentuk gula tersebut terletak

fisik, Watson dan Crick membuat pada atom C nomor 2. Pada RNA,

model struktur DNA yang disebut atom C nomor 2 berikatan dengan

double helix (untai ganda). Untal gugus hidroksil (OH) sedangkan pada

ganda DNA tersusun oleh dua DNA atom C nomor 2 berikatan

rantai polinukleotida yang berpilin. dengan atom H.

Gambar 8.6 Experimen yang menunjukkan DNA menjadi materi genetik pada T2

netk pada TMV

Gambar 8.7 RNA sebagai materi genetik virus TMV

Kedua rantai mempunyai orientasi tersebut berikatan dengan adanya yang berlawanan (antiparalel): rantai

ikatan hidrogen antara basa yang satu memptinyai orientasi 5' Æ

adenine (A) dengan thymine (T), 3', sedangkan rantal yang lain

dan antara guanine (G) dengan berorientasi 3' Æ 5'. Kedua rantai

cytosine (C). Ikatan antara A-T cytosine (C). Ikatan antara A-T

5). Ikatan Hidrogen Antar nukleotida.

Ikatan antara adenine (A) dengan thymine (T) dilakukan meialui dua ikatan hidrogen, sedangkan pada ikatan antara guanine (G) dan cytosine (C) ada tiga ikatan hidrogen sehingga ikatan G-C lebih kuat kuat dibandingkan dengan ikatan A-T. Kerangka gula deoksi-ribosa dan fosfat penyusun DNA terletak luar molekul, sedangkan basa purine dan pyrimidine terletak di dalam untaian (helix). Basa- basa purine dan pyrimidine terletak pada bidang datar yang sama dan tegak lurus terhadap aksis untaian DNA. Diameter untaian DNA adalah

20 dan bersifat konstan karena basa purine akan selalu basa pyrimidine. Pasang-an-pasangan basa yang berurutan berjarak 3,4 A satu sama

lain dan berotasi sebesar 36 0 .

Karena kedua rantai DNA tersusun secara antiparalel maka ada konvensi dalam penulisan orieritasi

DNA. Perlu dlingat bah-wa pada masing-masing rantai DNA terdapat ujung 5’-fosfat (5’-P) dan ujung 3’-OH. Molekul DNA yang tersusun oleh dua rantai polinukleotida (double stranded) biasanya hanya ditulis salah satu rantainya, misalnya ATGCAATT- CCGG. Dalam penulisan semacam ini ujung sebelah kiri (A) adalah ujung 5'-P, sedangkan ujung sebelah kanan (G) adalah ujung 3’-OH. Oleh karena itu molekul DNA tersebut dapat ditulis sebagai P-5’-ATGCAATTCCGG-3'- OH, atau kadang-kadang ditulis dengan pApTpGpCpApApTpTp- CpCpGpG.

Untuk menyingkat biasanya DNA hanya ditulis urutan basa DNA-nya saja.

b. Ukuran Molekul DNA Pada Beberapa Jasad Hidup

Ukuran molekul DNA bervariasi antara jasad yang satu dengan. Pada jasad prokaryot variasinya tidak sebesar pada virus dan ofag. Bahan genetik pada prokaryot dan virus pada umum-nya satu molekul tunggal DNA (kecuali virus tertentu yang bahannya RNA). Sebaliknya, bahan genetik pada eukaryot berupa molekul kromo-som yang masing-masing berupa molekul berukuran besar. Ukuran DNA pada jasad eukaryot tingkat tinggi, belum diketahui secara pasti karena kompleknya.

Gambar 8.8

Ikatan antar molekul dalam basa penyusun DNA

Gambar 8.8 Model DNA untaian ganda yang berpilin

C value). Sebagai contoh, beberapa bakteriofag, misalnya

Ukuran molekul DNA pada

kandungan DNA pada khamir

bakteriofag λ , telah diketahui secara

Saccharomyces cerevisiae lima kali pasti bahkan urutan basa DNA pun

lebih besar dibanding dengan telah dike-tahui secara akurat. kandungan DNA bakteri Escherichia

Ukuran DNA pada gamet (haploid) coli karena secara struktural bakteri

10 -6 mm (1 pg (pico gram) = 10 -12 g; ini lebih sederhana. kbp = kilo base pairs = 1000

Meskipun demikian studi pasangan h jumlah kromosom pada

menunjukkan bahwa banyaknya keadaan haploid).

kandungan DNA suatu jasad tidak selalu berkorelasi positif dengan kompleksitas jasad tersebut. Sebagai contoh, kandungan DNA pada per sel

katak adalah 7 kali lebih banyak dibanding dengan kandungan DNA pada sel manusia, sedangkan kandungan DNA pada sel bunga lily 100 kali lebih banyak dibanding pada sel manusia. Fenomena semacam ini disebut sebagai C value, paradox. Paradok semacam ini tidak hanya antar kelompok jasad yang berbeda, tetapi juga diketahui teradi pada kelompok jasad yang sama. Sebagai

Gambar 8.9. contoh, beberapa species amfibi Struktur sekunder RNA, t-RNA pada ragi yang

mempunyai kandungan DNA 100 kali membawa alanin

lebih banyak dibanding dengan species amfibi yang lain.

c. Kandungan DNA Dan Kapasitas Jasad yang mempunyai nilai-C Genetik

yang lebih besar tidak selalu mempunyai lebih banyak gen

Seperti telah diungkapkan dibanding dengan jasad yang nilainya sebelumnya, ukuran dan kandungan

kecil. C value paradox dapat terjadi molekul DNA yang dimiliki oleh suatu

karena beberapa jasad mempunyai jasad sangat bervariasi sesuai

banyak urutan basa DNA yang tidak dengan kompleksitas jasadnya. berkode asam amino (non-coding

Secara logika sederhana, semestinya DNA). Urutan basa DNA sendiri ada suatu korelasi positif antara

banyak terdapat pada bagian intron kandungan DNA dengan

dan urutan berulang DNA). kompleksitas jasad, yaitu bahwa

semakin komplek suatu jasad maka

semakin besar pula kandungan DNA-

nya per sel haploid (dikenal sebagal nya per sel haploid (dikenal sebagal

e. Organisasi Bahan Genetik

RNA (ribonucleic acid) adalah Salah satu perbedaan salah satu bentuk asam nukleat

fundamental antara jasad prokaryot mempunyai komponen berupa gula

dan eukaryot adalah pada organisasi ribosa, basa purin atau din, dan

bahan genetiknya. Pada kelompok gugus fosfat. Pada jasad selular,

prokaryot, umumnya hanya ada satu RNA hasil penyalinan (transkripsi)

unit bahan genetik utama membawa kode-kode genetik yang ada genetik

semua inforasi genetik yang jasad (DNA). Pada beberapa virus,

diperlukan untuk kelangsungan RNA merupakan genetik utama,

Pertumbuhan jasad tersebut. misalnya virus TMV (Tobacco Mosaic

Meskipun demikian, ada beberapa Pada jasad selular, yaitu mikrobia,

bukti yang menunjukkan bahwa jasad tumbuhan, hewan, dan ada tiga

prokaryot tertentu mempunyai lebih bentuk molekul RNA, yaitu m-RNA

dari satu unit bahan genetik utama. (messenger-RNA) r-RNA (riboso-mal-

Sebaliknya, pada eukaryot bahan RNA), dan t-RNA (transfer-RNA).

genetik utama terdiri atas beberapa Molekul RNA adalah hasil

unit independen yang terpisah namun transkripsi DNA yang membawa

semua unit bahan genetik merupakan kode-kode gen dan rangkaian asam-

kesatuan genom yang menentukan asam amino yang menyusun suatu

kelangsungan hidup jasad. protein. Proses ekspresi genetik, m- RNA akan diterjemahkan (translasi) rangkaian asam-asam amino

Level 1. sehingga membentuk struktur Level 1.

Lilitan DNA pada histon Lilitan DNA pada histon

membentuk struktur polipeptida (protein). Proses membentuk struktur

nukleosom nukleosom

translasi memerlukan r-RNA dan t-

Level 2. Level 2.

Nukleosom dihubungan RNA. Nukleosom dihubungan

dengan untaian dengan untaian

manik-manik di atas penghubung DNA seperti manik-manik di atas Molekul r-RNA adalah RNA hasil penghubung DNA seperti benang transkripsi suatu rangkaian genetik benang

tertentu pada DNA. Molekul r-RNA

Level 3 Level 3

Satu kemasan terdiri dari digunakan untuk menyusun ribosom Satu kemasan terdiri dari

beberapa nukleosom beberapa nukleosom kromatin setebal 30-nm membentuk benang membentuk benang kromatin setebal 30-nm

yaitu tempat berlangsungnya proses

translasi atau biosintesis protein. Level 4. Level 4.

Molekul t-RNA adalah RNA yang

Pembentukan pilinan benang Pembentukan pilinan benang kromatin yang terletak di atas kromatin yang terletak di atas

secara khusus berperan membawa

protein kriomosom non histon protein kriomosom non histon

asam-asam amino spesifk yang akan

dirangkaikan dal proses blosintesis Gambar 8,10 protein di dalain ribosom. Molekul t-

Tingkatan kemasan DNA dalam kromosom RNA Juga merupakan hasil

transkripsi rangkaian kode genetik tertentu Pada DNA.

Sebelum dibahas lebih lanjut sistem organisasi genom pada

jasad, perlu dipahami terlebih jasad, perlu dipahami terlebih

mempunyal plasmid metabolik adalah unit molekul DNA atau RNA

(plasmid CAM) yang 230 kb (1 kb: 1 dengan panjang minimum tertentu

kilo base pairs, seribu pasangan yang mem-bawa informasi

basa). Oleh sifat genetisnya yang mengenai asam amino yang

vital maka plasmid raksasa semacam lengkap suatu protein, atau yang

itu merupakan baglan genom jasad menentukan struktur lengkap suatu

tersebut.

molekul r-RNA (RNA ribosom) atau t-RNA (tranfer RNA). Sedajhgkan genom adalah satu kesatuan gen yang secara alami dimiliki oleh satu sel atau virus, atau satu kesatuan kromosom jasad eukaryotik dalam fase haploid.

Dengan batasan semacam ini maka dapat dimengerti bahwa sepotong molekul DNA yang tidak membawa informasi genetik yang lengkap tidak dapat disebut sebagai

Gambar 8.11 genom hanya sebagai fragmen DNA. Untaian DNA membentuk kromsom

Pada beberapa jasad, terutama Pada jasad eukaryot, selain pada kelompok prokaryot, dijumpai

bahan genetik utama yang terdapat bahan genetik tambahan selain inti sel, yang disebut sebagai bahan genetik. Bahan genetik

kromosom, juga dijumpai ada genetik tambahan/ekstra semacam ini secara lain yang terletak di dalam organel umum sebagai plasmid. Batasan yang lain, misalnya bd DNA pada genom pada prokaryot hanya meliputi

mitokondria dan kloroplas (pada bahan genetik utamanya, kecuali

tumbuhan hijau).

kalau genetik tambahan tersebut

merupakan bagian yang secara tak

f. Organisasi Genom Pada terpisahkan dari sel tersebut.

Prokaryot

Sebagai contoh, yang dinamakan

genom bakteri Escherichia coli Bahan genetik utama adalah semua gen yang ada satu unit (kromosom) jasad prokaryot pada bahan genetik utamanya (kromosom) umumnya terdiri atas satu unit yang tersusun 4,2 x 10' bp (base molekul DNA untai ganda (double- pairs/pasangan basa) DNA. stranded) dengan struktur lingkar

Sebaliknya, beberapa prokaryot, (circular). Oleh karena itu jasad misalnya Pseudomonas sp., dan prokaryot bersifat monoploid karena Rhizobium tahui ada unit bahan hanya ada satu bahan genetik utama. genetik yang seringkali dianggap Pada bakteri Escherichia coli, bahan sebagai raksasa (giant plasmid) yang genetik utama-nya terdiri atas sekitar secara genetis merupakan bahan 4600 kb (4,6 x 10 6 bp). Bahan yang vital untuk jasad tersebut.

genetik pada jasad prokaryot tidak yang memberikan keuntungan dikemas di dalam suatu struktur yang

tambahan bagi sel dalam keadaan jelas karena pada sel prokaryot tidak

tertentu, misalnya gen ketahanan terdapat inti sel (nukleus).

terhadap antibiotik. Oleh karena itu Hal ini berbeda dengan bahan

dalam keadaan normal plasmid dapat genetik utama jasad eukaryot yang

dihilangkan dengan metode curing terdapat di dalam struktur nukleus.

tanpa mengganggu pertumbuhan Bahan genetik utama jasad prokaryot

selnya.

diketahui terikat pada membran sel sebelah dalam yang diduga

8.3 Teknik Kultur In vitro

berperanan dalam proses pemisahan DNA pada waktu terjadi pembelahan

Dewasa ini pemerintah sedang sel. Oleh karena struktur bahan

menggalakkan komoditas non- genetik utama jasad prokaryot

migas, melalui pengembangan berupa molekul lingkar maka molekul

agribisnis yang dapat meningkatkan tersebut tidak ada bagian ujungnya.

perolehan devisa negara. Upaya Meskipun pada umumnya kromosom

peningkatan ekspor komoditas bakteri berupa molekul DNA dengan

pertanian memerlukan dukungan struktur lingkar, namun diketahui

penyediaan bibit untuk memenuhi terdapat beberapa bakteri yang

kebutuhan yang semakin meningkat. struktur bahan genetik utamanya

Bibit suatu varietas unggul yang berupa molekul DNA linear, misalnya

dihasilkan pemulia tanaman sangat pada bakteri Borrelia burgdorferi dan

terbatas, sedangkan bibit tanaman Streptomyces lividans. Ujung

yang dibutuhkan sangat banyak. molekul kromosom S. lividans

Dengan dipenuhi dengan diketahui berikatan secara kovalen

perbanyakan melalui teknik dengan suatu protein. Protein di

konvensional. Salah satu teknologi ujung molekul kromosom semacam

harapan yang telah terbukti ini mempunyal fungsi yang sangat

keberhasilannya adalah teknik kultur penting dalam proses inisiasi

in vitro. Teknologi tersebut telah replikasi DNA. Selain itu juga

banyak diguna-kan untuk pengadaan diketahui ada bakteri yang

bibit pada berbagai tanaman. Melalui mempunyai 2 molekul kromosom

kultur in vitro, tanaman dapat yaitu bakteri Rhodobacter sphae-

diperbanyak setiap waktu sesuai roides.

kebutuhan, karena kecepatan Selain bahan genetik utama,

perbanyakan yang tinggi. Bibit dari jasad prokaryot seringkali juga,

varietas unggul yang mampu mempunyai bahan genetik tambahan

bersaing di pasaran internasional yang disebut sebagai plasmid. yang jumlahnya sangat sedikit dapat

Plasmid pada prokaryot berupa dikembangkan melalui kultur in-vitro. molekul DNA untaian dengan struktur

Perbanyakan tanaman dengan lingkar. Pada umumnya plasmid

kultur in vitro telah banyak tidak dibutuhkan oleh sel untuk

diusahakan secara komersial di pertumbuhan meskipun seringkali

negara maju seperti Amerika, plasmid membawa gen-gen tertentu

Jepang, dan Eropa. Pemanfaat-an Jepang, dan Eropa. Pemanfaat-an

berikut:

percobaan Morel tahun 1960 pada (1) tidak merubah sifat genetik anggrek Cymbidium.

pohon induk

Dalam waktu yang singkat dari (2) seleksi kuat pada bahan bahan tanaman yang sangat terbatas

tanaman yang akan digunakan dapat dihasilkan bibit dalam jumlah

sebagai eksplan agar bebas yang banyak. Keberhasilan tersebut

penyakit,

mendorong dimanfaatkannya in vitro (3) teknik perbanyakan yang tidak sebagai teknologi perbanyakan yang

terlalu rumit,

banyak memberikan keunggulan (4) kemampuan regenerasi yang daripada teknologi konvensional.

tetap tinggi, dan

Walaupun demikian, terdapat

(5) ekonomis.

beberapa kendala yang sering Pada tanaman semusim dihadapi dalam aplikasinya yaitu:

(berdinding lunak), masalah (1)

Keberhasilan teknik ini pada regenerasi umumnya tidak menjadi tanaman tahunan berkayu

masalah. Faktor pertunasan yang masih rendah sehingga

tinggi dapat tercapai dengan aplikasinya masih terbatas

penggunaan formulasi media tertentu. pada jenis tanaman tertentu

Berbeda dengan tanaman tahunan saja.

berkayu, banyak faktor yang (2)

Kapasitas regenerasi menurun menghambat proses regenerasi, bila sering dilakukan

antara lain:

1) daya meristematis tanaman yang (3)

pembaharuan.

Penurunan integritas genetik

rendah

2) tingkat oksidasi fenol yang tinggi, (4)

pada bibit yang dihasilkan.

Persentase keberhasilan

3) jaringan sklerenkhima, aklimatisasi (terutama pada

4) kandungan inhibitor organik yang tanaman tahunan berkayu)

tinggi,

5) kurangnya faktor perakaran, (5)

relatif masih rendah.

Adanya patogen internal

6) kandungan lignin yang tinggi, (khususnya pada tanaman

dan

tahunan berkayu) yang sulit

7) gugurnya tunas dan daun yang dihilangkan.

lebih dini.

(6) Diperlukan tenaga kerja yang Penggunaan komponen organik intensif, terdidik, serta

tertentu dan jaringan yang bersifat mempunyai keterampilan

juvenil dapat memacu daya khusus.

regenerasi jaringan, menghambat (7)

Diperlukan modal awal yang aktivitas etilen dan mengurangi cukup tinggi.

terbentuknya kinon karena oksidasi fenol. Multiplikasi tunas merupakan

Pierik (1987) menyatakan bahwa salah satu faktor penting yang perbanyakan melalui kultur in vitro

menentukan keberhasilan dapat dikatakan berhasil bila

perbanyakan melalui kultur in vitro. Semakin banyak tunas yang dapat perbanyakan melalui kultur in vitro. Semakin banyak tunas yang dapat

Multiplikasi

Jumlah bibit yang dihasilkan F2= % keberhasilan kultur pada tahap dapat dihitung berdasarkan jumlah

Perakaran

kelipatan tunasnya. Pennel (1987) F3= % keberhasilan kultur pada tahap aklimatisasi

memberikan formulasi untuk

menghitung potensi jumlah plantlet (bibit) yang dapat dihasilkan secara teoritis dalam satu periode (1 tahun) dengan rumus sebagai tercantum di bawah ini.

Teknik budidaya tanaman dengan menggunakan metode konvensional dalam medium tanah atau pasir seringkali menghadapi kendala teknis, lingkungan maupun waktu. Sebagai

Gambar 8.12 . contoh, perbaikan tanaman dengan Hasil Kultur In-vitro

menggunakan biji memerlukan waktu Sejak tahun 1902 Gottlieb lama dan seringkali hasilnya tidak

Haberiandt telah mengajukan gagasan seperti tanaman induknya. kendala

mengenai kemungkinan pengembangan lain yang juga sering muncul adalah

teknik kultivasi tanaman dari sel yang gangguan alam, baik yang

ditumbuhkan dalam larutan nutrien. disebabkan oleh jasad hidup,

Beberapa puluh un kemudian, yaitu misalnya hama dan penyakit, maupun

pada tahun 1939, Nobecurt, seorang cekaman lingkungan yang dapat

ahli penyatanaman dari Perancis, Pierre mengganggu keberhasilan banyakan

Roger Gautheret dari Universitas tanaman di lapangan. Kebutuhan

rbonne, Perancis, dan R.P. White dari akan bibit tanaman jumlah besar,

Amerika Serikat untuk tama kalinya berkualitas, bebas hama dan penyakit

berhasil melakukan kultivasi tanaman serta harus media dalam waktu

yang berasal dari jaringan. singkat seringkali tidak dapat dipenuhi

Pada saat itu Gautheret dengan menggunakan metode

menggunakan jaring-an tanaman V. konvensional baik secara generatif

capraea dan Populus alba sebagai maupun vegetatif.

model untuk melakukan banyakan dan pernbelahan jaringan tanaman. Selain

Y = An x B x F1 x F2 x F3 itu, Gautheret. berhasil melakukan di mana :

(propagation) kultur Y= jumlah plantlet yang dihasilkan jaringan man wortel dengan A= jumlah tunas yang dihasilkan pada

perbanyakan

setiap subkultur (fakror multiplikasi) menambahkan asam indol asetat

B = jumlah eksplan awal yang tumbuh (Indolec Acid) untuk menstimulasi n= jumlah subkultur pada periode tertentu

pertumbuhan jaringan yang tidak salami (per tahun)

diferenslasi. Jaringan hasil diferenslasi. Jaringan hasil

sel sehingga juga dikenal teknik kultur Selanjutnya, pada tahun 1950,

sel. Oleh karena itu teknik ini secara Georges Morel yang bekeja sama

umum disebut sebagai teknik kultur in- dengan Gautheret berhasil melakukan

vitro.

perbanyakan jaringan tumbuhan monokotil dengan menggunakan

a. Teknik Dasar Kultur In-Vitro meristem. Bahkan pada tahun 1952

Tanaman

Morel dan Martin berhasil

in-vitro tanaman mengembang-kan teknik kultur memerlukan beberapa komponen meristem Dahlia dan memperoleh tunas

Kultur

utama, yaitu: (1) bahan awal (starting yang bebas virus dan pada tahun 1955

materials), (2) media yang sesuai, (3) mereka dapat mengembangkan kultur

tempat kultivasi. Bahan awal yang tanaman kentang yang bebas virus.

dapat diguna kultur in-vitro tanaman Penelitian-penelitian selanjutnya bermacam-macam, antara lain: membuka kemungkinan penerapan

batang, tunas apikal dan axilari (apical teknik kultur sel atau jaringan untuk

and axillary buds), petiole, pollen, berbagai macam tanaman yang

petal, ovule, akar dan lain-lain. akhimya memberikan pengaruh besar

Bagian tanaman digunakan sebagai dalam pengembangan bioteknologi

bahan awal kultur in-vitro disebut tanaman.

sebagai eksplan (explant). Pada tahun 1901 Morgan mengemukakan bahwa setiap sel mempunyai kemampuan untuk berkembang menjadi suatu jasad hidup yang lengkap melalui proses regenerasi. Kemampuan ini oleh Morgan disebut sebagai totipotensi (totipotency). Konsep totipotensi tersebut mempunyal makna sa-ngat penting dalam bidang kultur jaringan. Istilah kultur jaringan mengacu pada

Gambar 8.13 teknik untuk menumbuhkan jasad

Proses kultur in-vitro pada tanaman multiselular dalam medium padat maupun cair menggunakan jaringan

Untuk mengembangkan tanaman yang diambil dari jasad tersebut.

secara in vitro sampai menjadi plantlet Teknik kultur jaringan tersebut

dan akhirnya menjadi tanaman dilakukan sebagal altematif lengkap yang siap dipindah ke perbanyakan tanaman bukan dengan

medium tanah, maka terdapat menggunakan media tanah, melainkan

beberapa tahapan utama yang harus dalam medium buatan di dalam tabung.

dilakukan, yaitu: (1) pemilihan sumber Tehnik ini sekarang sudah berkembang

tanaman yang akan digunakan luas sehingga bagian tanaman yang

sebagai bahan awal Jaringan digunakan sebagai bahan awal

meristem, eksplan, dan lain-lain), (2) perbanyakan tidak hanya berupa

penanaman pada medium yang penanaman pada medium yang

yang menuntut sterilitas. Alat-alat dan pembentukan tunas dan akar sampai

bahan yang tahan panas dapat terbentuk plantlet, (4) aklimatisasi,

disterilisasi dengan autoklaf, yaitu proses adaptasi pada

sedangkan peralatan atau tempat lingkungan di luar sistem in vitro, (5)

kerja yang lain dapat disterilkan penanaman pada medium biasa

dengan menggunakan alkohol atau (tanah atau media bukan artifisial

disinfektan yang sesual, misalnya lainnya).

larutan merkuri klorida (HgCI 2 ) 0,01- 0,1%. Jarum atau pisau skalpel yang

b. Pemilihan Dan Penyiapan digunakan untuk memotong atau Eksplan

mengambil dan menanam eksplan harus diterilkan juga dengan

Bahan yang akan digunakan membakar dengan lampu bunsen sebagal eksplan sebaiknya berasal

sesaat sebelum digunakan. Pada dari bagian tanaman yang masih

prinsipnya semua pekerjaan dalam muda dan sehat. Sebelum

kultur in vitro harus dilakukan secara digunakan, eksplan harus dibersihkan

aseptik.

dengan air bersih dan deterjen khusus, misalnya Tween-80,

c. Medium Yang Digunakan kemudian disterilkan. Bahan yang berupa biji yang keras harus diper-

Medium yang digunakan untuk lakukan khusus menggunakan asam

kultur in-vitro tanaman dapat berupa sulfat 50% untuk menghilangkan

medium padat atau cair. Medium dormansi biji, setelah itu dibersihkan

padat digunakan untuk menghasilkan dengan air mengalir selama 1-2 jam.

kalus yang selanjutnya diinduksi Eksplan yang akan digunakan

membentuk tanaman yang lengkap dipotong potong dengan ukuran yang

(disebut sebagai plantlet), sedangkan sesuai dengan keperluan.

medium cair blasanya digunakan Salah satu prasyarat utama

untuk kultur sel. Medium yang dalam teknik kultur in-vitro adalah

digunakan mengandung lima kom- kebersihan dan sterilitas alat serta

ponen utama, yaitu: senyawa tempat yang digunakan. Hal ini

anorganik, sumber karbon, vitamin, diperlukan untuk mencegah terjadinya

zat pengatur tumbuh, dan suplemen kontaminasi oleh bakteri atau jamur

organik.

yang pertumbuhannya jauh lebih cepat dibanding dengan pertumbuhan kultur sel atau ja-ringan tanaman. Oleh karena itu pekerjaan kultur in vitro sebaiknya dilakukan di tempat tertutup dan tidak digunakan untuk aktivitas yang lain. Untuk menjaga sterilitas maka pebedaan sebaiknya

Gambar 8.14. dilaku-kan di dalam laminar air flow,

Media padat untuk kultur jaringan tanaman yaitu suatu kabin yang dirancang

Senyawa anorganik terdiri atas (NAA) dan sito-kinin (kinetin, unsur-unsur makro dan mlkro. Pada

benzyl adenosine, 2-isopentyl umumnya medium mengandung

enosine, zeatin), nitrat dan potasium pada konsentrasi

y untuk indole acetic acid (IAA), masing-masing 25 mM. Ammonium

indole butyric acid (IBA) dalam merupakan senyawa esensial untuk

konsentrasi rendah dan sitokinin hampir semua kultur tetapi

dalam konsentrasi tinggi, tetapi konsentrasi yang diperlukan lebih

bukan dalam bentuk 2,4-D. rendah dibandingkan dengan nitrat. Konsentrasi kalsium, magnesium dan

Senyawa 2,4-D diketahui sulfat yang diperlukan sekitar 0-3

menginduksi perbanyakan sel teta-pi mM. Unsur-unsur mikro yang

menekan diferensiasi pada tanaman diperlukan antara lain iodine (I),

dikotil, tetapi 2,4-D dan 2,4,5-T (2,4,5 boron (B), mangan (Mn), zinc (Zn),

trichloro-phenoxy-acetic acid) molybdenum (Mo), tembaga (Cu),

diketahui bersifat efektif untuk meng- kobalt (Co) dan besi (Fe).

induksi embrio-genesis somatik pada Sumber karbon yang diguna-

tanarnan serealia (monokotil). kan dapat berupa glukosa, fruk-tosa,

Medium yang digunakan untuk maltosa atau sulcrosa dengan

kultur in-vitro sekarang dapat dibeli konsentrasi sekitar 2-4%, tetapi

dalam bentuk jadi meskipun harganya sukrosa merupakan sumber karbon

lebih mahal dibanding kalau dibuat yang banyak digunakan dalam

sendiri di laboratorium. Komposis-1 banyak sistem kultur.

medium untuk kultur in-vitro dapat Vitamin yang banyak digunakan

dilihat pada buku-buku manual kultur antara lain adalah thia-min,

in-vitro.

pyridoxine dan asam nikotinat.

Suplemen senyawa organik yang

d. Tempat Kultivasi

digunakan adalah asam amino (biasanya digunakan glycine), ekstrak

Kultur in-vitro tanaman dapat khamir, peptone, ekstrak malt. dilakukan dengan menggunakan dua

Meskipun demikian, biasanya macam medium yaitu medium padat medium sintetik yang jelas komposisi

atau medium cair. Kultivasi sel atau kimiawinya lebih banyak digunakan

jaringan secara in vitro secara prinsip sedangkan suplemen organik yang

dapat dilakukan dengan tidak jelas komposisi kimiawinya

menggunakan berbagai macam hanya digunakan jika dianggap

wadah, mulai dari tabung reaksi, esensial. Zat pengatur tumbuh juga

tabung erlenmeyer, bahkan botol diperlukan dalam kultur in vitro untuk

gelas sederhana. Hal yang paling mendukung pertumbuhan. penong dalam pemilihan wadah untuk

Kombinasi zat pengatur tumbuh yang kultur in vitro adalah kemudahan digunakan meliputi:

untuk menjaga sterilitasnya selama y untuk perbanyakan (proliferation)

perbanyakan sel atau jaringan. Jika sel digunat kan 2,4 dichlo-

menggunakan kultivasi pada medium rophenoxy acetic acid (2,4-D)

cair dan perlu penggojokan maka atau l-naphtalene acetic acid

sebaiknya digunakan wadah yang sebaiknya digunakan wadah yang

menjadi tanaman yang utuh (plantlet). penggojok. Oleh karena itu tabung

Kultur kalus dapat erlenmeyer merupakan wadah yang

dikembangkan dengan menggunakan ideal untuk kultur sel menggunakan

eksplan yang berasal dari berbagai medium cair.

sumber, misalnya tunas muda, daun, ujung akar, buah, dan bagian bunga. Kalus dihasilkan dari lapisan luar sel- sel korteks pada eksplan melalui pembelahan sel berulang-ulang. Kultur kalus tumbuh berkembang lebih lambat dibanding kultur yang berasal dari suspensi sel. Kalus, terbentuk meialui tiga tahapan, yaitu

induksi, pembelahan sel dan diferensiasi. Pembentukan kalus

ditentukan sumber eksplan, komposisi nutrisi pada medium dan faktor lingkungan. Eksplan yang berasal dari jaringan meristem berkembang lebih cepat dibanding jaringan dari sel-sel berdinding tipis

Gambar 8.15 dan mengandung lignin. Untuk Salah satu contoh tempat kultivasi berupa

wadah plastik dan botol gelas memelihara kalus, maka perlu

dilakukan sub-kultur seca-ra berkala,

e. Kultur Kalus misalnya setlap 30 hari.

Tanaman dapat diperbanyak secara vegetatif menggunaka teknik kultur in vitro dengan teknik kultur kalus atau kultur sel. Jika suatu eksplan ditanam pada medium padat atau dalam medium cair yang sesuai, dalam waktu 2 - 4 minggu, tergantung spesiesnya, akan

terbentuk massa kalus yaitu suatu Gambar 8.16 Kultur kalus tanaman massa amorf yang tersusun atas sel-

sel parenlcim berdinding sel tipis Kultur kalus bermanfaat untuk yang berkembang dari hasil

mempelajari beberapa aspek dalam proliferasi sel-sel jaringan induk. metabolisms tumbuhan dan

Kalus dapat disub-kultur dengan cara diferensiasinya, misalnya: (1) mengambil sebagian kalus dan

mempelajari aspek nutrisi tanaman, memindahkannya pada medium

(2) diferensiasi dan morfogenesis sel baru. Dengan sistem induksi yang

dan organ tanaman, (3) variasi dan organ tanaman, (3) variasi

dan diferenslasi sel tidak terlal produksi metabolit sekunder dan

besar

asinya. y Dapat dikulturkan dalam volume besar sampal 1500 liter

f. Kultur sel

y Lebih mudah diatur kondisi

lingkungannya

Kultur sel tanaman dapat y Dapat dimanipulasi untuk ditumbuhkan dengan menggunakan

produksi metabolit alami dengan medium cair dalam erlenmeyer. cara menambahkan precursor

Sebagal inokulum digunakan sebagian kalus yang kemudian

Kultur sel dapat dikembangkan ditumbuhkan dalam medium cair dan

lebih lanjut menjadi kultur tunggal digojok sehingga sel dapat terpisah.

karena sistem kultur suspensi sel Selain membuat sel menjadi terpisah

blasanya terdiri atas campuran sel-sel (tidak mengelompok), penggojokan

tunggal dan kelompokan kecil sel-sel. juga berfungsi memberikan aerasi

Kultur sel dapat dimanfaatkan untuk pada kultur. Banyaknya inokulum

mengisolasi protoplas dan yang digunakan seringkali

pengembangan galur sel dengan sifar mempengaruhi laju pertumbuhan sel,

fisiologis spesifik, misalnya toleran karena itu dikenal suatu konsep yang

terhadap garam.

disebut kerapatan sel awal kritis (critical initial cell density) yaitu

g. Kultur Protoplas jumlah inokulum terendah per volume medium yang memungkinkan kultur

Protoplas adalah sel yang tidak sel dapat tumbuh.

mempunyal dinding sel. Protoplas Laju pembelahan sel pada

dapat diperoleh dengan perlakuan sistem kultur suspensi sel lebih tinggi

enzimatik atau mekanis. Enzim yang dibanding pada kultur kalus tetapi

digunakan untuk membuat protoplas maslh lebih rendah dibanding laju

tanaman berupa campuran beberapa pertumbuhan sel bakteri dan

enzim antara lain selulase, pektinase, biasanya berkisar antara 24-72 jam.

protease. Protoplas dapat Oleh karena itu penumbuhan ulang

diregenerasi sehingga membentuk (sub-kultur) kultur suspensi sel perlu

dinding sel kemudian mengalami dilakukan dalam periode yang lebih

pembelahan dan akhimya dapat singkat dibanding dengan periode

membentuk kalus. Selanjutnya kalus penumbuhan ulang kultur kalus,

dapat disubkultur. Jika kalus ditanam sekitar 7-21 hari. Kultur sel

pada medium yang tidak mempunyai beberapa keunggulan

mengandung manitol dan auxin, dibanding dengan kultur kalus, yaitu:

maka dapat terjadi embriogenesis. y Suspensi sel dapat dipipet

Embrio yang diperoleh selanjutnya sehingga mempermudah proses

dapat berkembang menjadi sub kultur.

kecambah yang akhirnya berkembang menjadi tanaman dewasa.

Kultur protoplas memberikan dalam nukleus, terdapat juga genetik dasar yang penting untuk manipulasi

yang tidak berada di dalam nukleus sel tanaman yaitu dengan melakukan

melainkan terdapat di dalam fusi protoplas antar spesies atau galur

sitoplasma (cytoplasmic inheritance), yang berbeda. Fusi protoplas dapat

misalnya sifat male sterility pada dimanfaatkan untuk melakukan

beberapa tanaman. persilangan antar spesies atau galur

Teknik fusi protoplas telah tanaman yang tidak memungkinkan

berhasil digunakan misalnya pada untuk dilakukan dengan persilangan

fusi protoplas Nicotiana glauca biasa karena adanya masalah

dengan N. langsdorffii, hibrid somatik inkompatibilitas fisik. Fusi protoplas

Solanum tuberosum dengan S. membuka kemungkinan untuk :

chacoense, tomat dengan kentang, y menghasilkan hibrid soma-tik

barley dengan gandum, barley amphidiploid yang fertil antar

dengan padi, gandum dengan oat, spesies yang secara seksual tidak

dan tebu dengan sorghum. Hasil fusi kompatibel,

(disebut sebagai fusan) yang y menghasilkan galur hetero-zigot

diperoleh selanjutnya dapat dalam satu spesies tanaman yang

ditumbuhkan pada medium untuk secara normal hanya dapat

menghasilkan kalus hibrid. Kalus diperbanyak dengan cara vegetatif,

hibrid selanjutnya dapat diinduksi misalnya pada kentang,

sehingga terbentuk tanaman hibrid. y memindahkan sebagian informasi genetik dari satu spesies ke spesies

h. Teknik Regenerasi In Vitro lain dengan memanfaatkan fenomena yang disebut

Kemampuan sel tanaman untuk penghilangan kromosom (chromo-

menjadi tanaman yang lengkap some elimination), dan

(totipotensi) dapat dimanfaatkan y memindahkan informasi genetik

untuk melakukan regenerasi tanaman yang ada di sitoplasma dari satu

secara in vitro dari sumber yang galur atau spesies ke galur atau

berupa protoplas, sel, jaringan spesies lain.

maupun organ. Teknik kultur jaringan, sel, atau protoplas telah

Fusi protoplas dapat banyak dimanfaatkan untuk menghasilkan dua macam

perbanyakan berbagai macam kemungkinan produk:

tanaman. Kalus yang dikembangkan y hibrid, jika nukleus dari kedua

dari eksplan, misalnya, dapat disegel spesies tersebut betul-betul,

sehingga membentuk tanaman yang mengalami fusi (menyatu),

lengkap. Proses pembentukan y cybrid (cytoplasmid hybrid atau

organ-organ tanaman yang lengkap heteroplast), jika hanya sitoplasma

dari kultur sel atau jari disebut yang mengalami fusi sedangkan

Teknik untuk informasi genetik dari salah satu

organo-genesis.

menginduksi organogenesis pada induknya hilang.

umumnya dilakukan pada kultur kalus Perlu diketahui bahwa selain

meskipun juga dapat dilakukan infonnasi genetik yang terdapat di meskipun juga dapat dilakukan infonnasi genetik yang terdapat di

White dan Nobecourt, yang bekerja secara independen, untuk pertama kalinya melaporkan pada tahun 1939 mengenai keberhasilan mereka dalam menginduksi pembentukan tunas (shoot) pada tembakau (White) dan pembentukan akar pada kalus wortel (Nobeco Penelitian selanjutnya oleh Skoog dan Miller pada tahun 1957 menunjukkan bahwa kombinasi yang tepat antara auxin dan sitokinin, menginduksi pembentukan akar dan tunas tembakau dari kultur ka Pada tahun ber-ikutnya yaitu 1958, Reinert dan Steward berhasil melakukan embriogenesis somatik secara in vitro pada wortel. Eisomatik dapat terbentuk pada kalus, kultur sel maupun protoplas bahkan terbentuk secara langsung dari sel-sel struktur yang terorganisasi, misalnya batang atau embrio zigot. Sementara itu, tum-buhan lengkap yang terbentuk dari hasil kultur in vitro (disebut seba- gai plantlet) yang pertama kali dilaporkan adalah Tropaeolum dan Lupinus yang dilakukan oleh Emest Ball pada tahun 1946.

Sekarang ini tanaman hasil kultur in vitro telah berhasil dilakukan pada banyak jenis tanaman, misalnya tanaman hias, tanaman pangan, sayuran, tanaman bumbu, tanaman buah dan biji, tanaman obat dan tanaman hutan

Secara umum terdapat empat sumber yang digunakan dalam perbanyakan mikro (micropropagation)

untuk

menghasilkan plantlet, yaitu (1) meristem, (2) apex, (3) nodus (node), dan (4) bermacam-macam eksplan.

Meristem, apex dan nodus dapat dikulturkan menjadi tunas. Tunas yang dihasilkan selanjutnya dapat digunakan sebagai sumber untuk menghasilkan banyak tunas baru dengan menggunakan percabangan axilari. Tunas-tunas tersebut kemudian dapat dikembangkan le-bih lanjut sehingga terbentuk perakaran dan akhirnya menjadi plantlet. Di sisi lain, bermacam-macam eksplan dapat juga dikembangkan sehingga terbentuk tunas adventif, atau embrio somatik secara langsung. Eksplan juga dapat ditumbuhkan sebagai kalus yang selanjutnya diinduksi sehingga terbentuk tunas adventif. Selain itu, kalus juga dapat digunakan sebagal sumber sel untuk membuat kultur suspensi sel yang selanjutnya dapat dikembangkan untuk menghasilkan embrio somatik secara tidak langsung. Eksplan mau-pun kalus yang membentuk tunas adventif selanjutnya dapat dlinduksi sehingga membentuk akar dan akhirnya menjadi plantlet. Embrio somatik, baik yang dihasilkan secara langsung maupun tidak langsung dapat di induksi sehingga ber-kecambah dan akhirnya juga menjadi plantlet. Proses-proses ini secara umum dapat dikelompokkan menjadi empat macam, yaitu:

y Embriogenesis somatik yang

mengarah ke pembentukan struktur bipolar yang mengandung axis tunas dan akar dengan sistem vaskular tertutup. Embriogenesis somatik dapat dihasilkan secara langsung, atau secara tidak langsung melalui pembentukan kalus dari eksplan.

ƒ Pembentukan tunas axilari yang secara genetik stabil. Pembentukan tunas axilari merupakan metode yang paling baik karena plantlet yang dihasilkan adalah benar-benar serupa dengan tanaman induk. Metode ini juga disebut perbanyakan kional.

ƒ Pembentukan tunas adventif yaitu

tunas yang terbentuk dari sumber Gambar 8.17 selain meristem. Stabilitas genetik

Regenerasi tanaman dari jaringan daun plantlet yang terbentuk dan tunas

adventif semacam ini tidak dapat dijamin sebab jika kalus terbentuk

i. Induksi Kalus, Kultur Kalus Dan maka kemungkinan ketidak-stabilan

Regenerasi Organ Dan Embrio genetik akan meningkat. ƒ Organogenesis yaitu pembentukan

Dalam bagian ini akan diberikan organ dari jaringan yang tidak

gambaran secara sederhana proses mengalami diferensiasi, yaitu dalam

kultur in vitro tanaman sampal hal ini adalah kalus. akhirnya menjadi tanaman yang

lengkap dan dapat dipindahkan ke Proses regenerasi dari bermacam-

medium tanah atau medium bukan macam sumber sampai menjadi plantlet

artifisial lainnya. Secara garis besar dipengaruhl oleh dua faktor utama, metode perbanyakan tanaman secara

yaitu: sumber eksplan, dan komponen in vitro terdiri atas empat tahapan, media. Sumber eksplan dapat

yaltu (1) seleksi dan penyiapan kultur mempengaruhi proses regenerasi

aseptik, (2) multiplikasi kultur, (3) karena beberapa faktor, yaitu:

regenerasi plantlet, (4) aklimatisasi • organ yang digunakan,

dan pemindahan ke tanah. Dalam • status fisiologis organ,

tahapan seleksi dan penyiapan kultur • musim pada waktu organ diambil,

aseptik dilakukan pengambilan bahan • ukuran eksplan, dan

awal dan penanamannya pada • kualitas keseluruhan tanaman

medium in vitro yang sesuai. sebagai sumber eksplan.

Setelah diperoleh tunas pada tahapan pertama, dilakukan Di sisi lain, komponen media yang

multiplikasi kultur untuk mendapatkan mempengaruhi proses regenerasi

tunas-tunas baru dalam jumlah lebih adalah nutrien anorganik dan organik,

banyak. Tunas-tunas baru hasil sumber karbon, sumber nitrogen, zat

perbanyakan kemudian dipindahkan pengatur tumbuh, dan vitamin.

ke medium yang khusus dibuat untuk menginduksi pembentukan akar

sehingga akhirnya terbentuk plantlet yang lengkap. Plantlet yang terbentuk selanjutnya diadaptasi dengan lingkungan alami sebagal sehingga akhirnya terbentuk plantlet yang lengkap. Plantlet yang terbentuk selanjutnya diadaptasi dengan lingkungan alami sebagal

medium tanah.

Secara sederhana, tahapan • Plantlet yang sudah terbentuk yang dilalui dalam proses kultivasi

selanjutnya dipindah ke medium tanaman secara in vitro dapat

tanah untuk proses aklimatisasi. disaiikan sebagai berikut: • Pengambilan eksplan, misalnya

j. Induksi Pembentukan Organ daun yang masih muda. Daun

(Organogenesis) Pada Kultur In yang muda dipotong sesuai

Vitro

dengan ukuran yang akan digunakan, selanjutnya dilakukan

Pembentukan organ (orga- sterilisasi.

nogenesis) pada kultur in vitro • Eksplan yang diperoleh kemudian

tanaman dipengaruhi oleh ditanam pada medium (padat)

ketersediaan senyawa-senyawa yang sesuai yang sudah

tertentu dalam medium. disterilisasi. Medium yang

Pembentukan tunas dan akar digunakan dimasukkan dalam

ditentukan oleh konsentrasi auksin wadah yang akan digunakan

dan sitokinin yang digunakan. untuk kultivasi, misalnya tabung

Senyawa IBA dan NAA adalah erlenmeyer, sampai terbentuk

senyawa yang paling sering struktur kalus.

digunakan untuk menginduksi • Sebagian kalus yang terbentuk

pembentukan akar. Pada umumnya diambil untuk disub-kultur pada

sitokinin konsentrasi tinggi medium segar pada tabung yang

merangsang pembentukan tunas, lain.

kecuali pada kalus alfalfa yang • Sebaglan kalus yang terbentuk

memerlukan auxin (2,4-D) dari hasil subkultur kemudian

berkonsentrasi tinggi dan sitokinin dipindahkan pada medium lain

(kinetin) berkonsentrasi rendah untuk yang khusus digunakan untuk

membentuk tunas. Banyak spesies induksi pembentukan organ,

yang memerlukan kinetin dengan misalnya tunas (shoot).

konsentrasi 0,05 M untuk membentuk • Jika induksi organogenesis

tunas.

berhasil maka pada langkah ke-4

di atas akan terbentuk tunas k. Induksi Pembentukan Embrio adventif.

(Embriogenesis) Pada Kultur In • Sebagian tunas yang terbentuk

Vitro

kemudian dipotong dan

dipindahkan ke medium lain yang Selain menginduksi pembentukan digunakan untuk menginduksi

organ, kultur in vitro tanaman juga pembentukan akar.

dapat diarahkan uhtuk membentuk • Jika induksi pembentukan akar

embrio. Hal tersebut dapat dilakukan berhasil maka sudah didapatkan

dengan memindahkan sebagian kalus plantlet yang slap dipindahkan ke

yang terbentuk dan hasil sub-kultur (langkah ke-3) ke medium cair. Perbanyakan dalam medium cair yang terbentuk dan hasil sub-kultur (langkah ke-3) ke medium cair. Perbanyakan dalam medium cair

Determined Cells (PEDC). Kedua, biasanya dilakukan pada medium

embrio yang terbentuk secara tidak padat.

langsung yaitu melalui tahapan pembentukan kalus. Embrio semacam

Embrio dapat dihasilkan dari kalus ini misalnya dapat terbentuk dari yang tumbuh pada medium padat,

eksplan daun Coffea arabica, Petunia tetapi embrio-genesis leblh sering

hybrida, Asparagus officinalis. Induksi terjadi pada medium cair. Oleh karena

pembentukan embrio dari kalus atau itu embrio yang dihasilkan pada kultur

eksplan memerlukan penambahan cair tersebut kemudian dapat diisolasi

auxin ke dalam medium yang dan dipindahkan ke medium padat

digunakan. Meskipun demikian untuk sampai ter-bentuk plantlet yang siap

beberapa tanaman, misalnya wortel, dipindahkan ke medium tanah. Proses

pembentukan embrio dari kalus tidak pemben-tukan embrio dari sel sornatik

memerlukan penambahan auxin. Sel- atau jaringan disebut sebagai proses

sel yang membentuk embrio setelah embrio-genesis somatik.

diinduksi semacam ini disebut sebagai Induced Embryogenic Determined Cells (IEDC).

Senyawa yang biasanya digunakan untuk menginduksi pembentukan embrio adalah 2,4- di-chlorophenoxy acetic acid (2,4-D), 2,4,5- trichlorophenoxy acetic acid (2,4,5-T) dan picloram. Beberapa tanaman monokotil dan dikotil dapat diinduksi untuk membentuk embrio dengan

Gambar 8.18 senyawa semacam ini. Beberapa Planlet yang sudah terbentuk dan siap untuk

senyawa auxin lain yang juga dapat diaklimatisasi

digunakan untuk induksi embrio somatik Sebaliknya, gibberelin dan etilen

Embriogenesis somatik secara biasanya menghambat embrio-genesis. umum terjadi pada famili

Ranunculaceae, Rutaceae, Sola- l. Aklimatisasi Dan Pemindah-an naceae, Umbelliferae, dan Gramineae.

Tanaman Hasil Kultur In Vitro Ke Ada dua macam embrio somatik yang

Tanah

dapat terbentuk yaitu: pertama, embrio

yang terbentuk secara langsung dari sel Plantlet yang terbentuk secara in atau jaringan tanpa melalui

vitro selanjutnya harus diaklimatisasi pembentukan kalus. Embrio semacam

sebagai persiapan untuk ini dapat terbentuk misalnya dari sel-sel

pemindahannya ke medium tanah atau epidermis hipokotil (misalnya pada

lapangan. Hal ini perlu dilakukan sebab Ranunculus sceleratus, Linum tanaman yang diperbanyak secara in

usitatissimum, Brassica napus). Sel-sel

mempunyai perbedaan yang dapat membentuk embrio

vitro

kemampuan adaptasi fisiologis dengan kemampuan adaptasi fisiologis dengan

dalam medium in vitro harus disediakan diperbanyak secara in vitro biasanya

oleh tanaman itu sendiri melalui tidak memiliki lapisan lilin (cuticular)

fotosintesis setelah tanaman in vitro yang sempurna sehingga hal ini dapat

dipindahkan ke kondisi in vivo. memperbesar evaporasi air dari dalam

Untuk membantu proses sel tanaman. Daun tanaman in vitro

aklimatisasi di luar lingkungan biasanya tipis dan lembut dan secara

laboratorium biasanya dilakukan terlebih fotosintesis tidak terlalu aktif schingga

dahulu aklirnatisasi in vitro, misalnya tidak dapat beradaptasi dengan

dengan menurunkan kelembaban relatif. lingkungan klimatologis in vivo. Selain

Beberapa tanaman yang tumbuh itu stomata biasanya juga tidak dapat

dalam kondisi alami mempunyai berfungsi sempuma karena stomata

asosiasi dengan mikrobia tertentu, yang terbuka pada tanaman in vitro

misalnya tanaman legum membentuk menyebabkan cekaman air yang

hubungan simblotik dengan bakteri dialami pada beberapa jam pertama

Rhizobium. Oleh karena itu pada saat proses aklimatisasi.

tanaman legum hasil kultur in vitro Pada tanaman in vitro hubungan

dipindahkan ke tanah maka perlu vaskular antara bagian tunas dengan

dilakukan inokulasi dengan bakteri akar umumnya tidak baik sehingga

Rhizobium yang berasosiasi dengan menurunkan konduksi air. Faktor lain

tanaman ini.

yang perlu dipahami adalah bahwa kondisi in vitro menyebabkan tanaman tumbuh secara heterotrofik padahal dalam kondisi in vivo tanaman harus tumbuh secara autotrofik. Artinya,

Gambar 8.19 Aklimatisasi planlet pada media tanah (di dalam rumah kaca)

Banyak tanaman yang telah berhasil pertumbuhan meristem biasanya diperbanyak dengan kultur in vitro

medium dengan konsentrasi garam menggunakan berba-gai eksplan

yang rendah dan kandungan vitamin sebagal bahan awal.

yang tinggi. Kultur in vitro meristem melalui beberapa tahapan yaitu inisiasi

m. Kultur Meristem Untuk kultur, pertumbuhan dan Menghasilkan Tanaman Bebasis

perkembangan, perbanyakan tunas dan Virus

diikuti dengan pembentukan akar sehingga menghasilkan plantlet.

Salah satu aplikasi penting teknik Beberapa tanaman bebas virus yang kultur

in vitro adalah dalam berhasil dikembangkan dari kultur in pengembangan tanaman bebas virus.

vitro meristem antara lain, Allium cepa Bebas virus yang dimaksud di sini

Virus mosaik, Ananas sativus Virus adalah bebas virus yang sudah diuji

mosaik, Brassica oleracea virus mosaik secara eksperimental, artinya ada

turnip, Cauliflower Mosaic Virus, kemungkinan tanaman tersebut masih

Caladium hortulanum Dasheen mosaic mengandung virus lain yang belum

virus, Diantlius barbatus Ring spot virus dapat dideteksi dengan teknik uji yang

(RSV), mottle virus Ipomoea batata tersedia. Oleh karena itu istilah yang

(ketela rambat) Internal cork virus, leblh tepat adalah tanaman bebas virus

Rugos mosaic virus, Musa sp yang sudah diuji. Penelitian telah

Cucumber mosaic virus, Petunia menunjukkan bahwa konsentrasi virus

Tobacco mosaic virus (TMV), pada tanaman semakin kecil dengan

Saccharum officinarum Virus semakin dekatnya ke bagian meristem.

mosaik, Solanum tuberosum, (kentang) Pada meristem apikal diketahui tidak

Potato virus-X, Potato virus-Y, Potato terdeteksi lagi adanya virus dalam 50% sampel yang diuji.

n. Kultur Anther dan Pollen Untuk Perlu dipahami bahwa semua

Menghasilkan Tana-man Haploid angiosperma dan gimnosperma tumbuh melalui meristem apikalnya. Meristem

Tanaman haploid adalah tanaman apikal biasanya berupa struktur serupa

yang mempunyai satu set tunggal kubah (dome) yang terletak pada ujung

kromosom (biasanya ditulis dengan tunas dan berukuran sekitar 0,1 mm

notasi Mendelian sebagian, sedangkan (diameter) dan 0,2-0,3 mm (panjang).

tanaman diploid mempunyal dua set Meristem apikal pertama kali terbentuk

kromosom identik untuk setiap kro- selama perkembangan embrio dan

mosom sehingga dituliskan sebagai 2n. akan tetap aktif selama fase vegetatif

Tanaman haploid mempunyai banyak tanaman.

kegunaan antara lain untuk Sebelum diambil meristemnya,

menghasilkan tanaman homozigot yang ujung tunas disterilisasi kemudian

sangat sulit diperoleh dengan pemuliaan meristem diambil dari tanaman dengan

tanaman konvensional. Leblh jauh lagi, menghilangkan daun yang lwornosom tanaman haploid semacam menutupinya. Meristem yang diperoleh

itu dapat digandakan dengan senyawa kemudian ditanam pada medium agar

mutagenik, misalnya colchicine. dan diinkubasi. Kondisi pendukung

Tanaman haplold dapat dari kultur dan embriogenesis somatik dikembangkan dengan menggunakan

tidak langsung, terjadi variasi fenotipik kultur in vitro anther dan pollen. Anther

dan ketidakstabilan kromosom. Larkin diperoleh dari tunas bunga dan dapat

dan Scowcroft pada tahuri 1981 dikulturkan pada medium padat atau

menamakan variasi yang muncul dalam cair sehingga teradi embriogenesis. populasi tanaman hasil regenerasi in

Selain itu pollen juga dapat diambil

tersebut se-bagai varlasi secara aseptik dan di-kulturkan pada

vitro

somaklonal.

medium cair. Sebaliknya, pada tanaman yang Proses perbanyakan tanaman

berasal dari kultur meristem tidak terjadi haploid dengan menggunakan gametofit

variasi semacam itu sehingga sistem jantan semacam ini disebut sebagai

kultur meristem banyak digunakan untuk androgenesis. Ada dua macam

propagasi klonal. Variasi somaklonal androgenesis yaitu androgenesis

disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu langsung dan androgenesis tidak

(1) organisasi sel yang digunakan langsung. Androgenesis langsung

sebagai sumber eksplan, (2) variasi adalah proses pembentukan plantlet

pada jaringan sebagai sumber eksplan, haploid dengan melalui embriogenesis

(3) abnormalitas pembelahan sel secara menggunakan kultur anther, sedangkan

in vitro.

pada androgenesis tidak langsung Organisasi sel mempunyai peranan plantlet terbentuk melalui pembentukan

penting dalam hal pemunculan variasi kalus yang kemudian mengalami

somaklonal. Telah diketahui bahwa regenerasi menjail plantlet. Dari sisi

hanya meristem yang dapat pemuliaan tanaman, proses menghasilkan plantlet yang stabil androgenesis langsung lebih disukai

secara genetis, sedangkan sebab androgenesis melalui perbanyakan meialui kalus pembentukan kalus dapat meningkatkan kemungkinan tejadinya

menyebabkan terjadinya variasi. variasi somaklonal. Variasi yang Beberapa tanaman penting yang

terdapat pada sumber eksplan juga berhasil dikembangkan menjadi

mempengaruhi, kemunculan, variasi tanaman haploid dengan menggunakan

somaklonal. Eksplan yang berasal dari tekmk kultur anther atau pollen.

sumber yang berbeda mempunyai variasi inheren sehingga dapat muncul

o. Variasi Somaklonal sebagal variasi somaklonal. Dalam kultur in vitro terjadi Perbanyakan tanaman secara in

pembelahan sel berulang-ulang yang vitro secara teoritis akan menghasilkan

dipengaruhi oleh zat pengatur tanaman-tanaman yang secara genetis

pertumbuhan. Kombinasi yang tidak seragam karena tanaman in vitro

tepat dalam penggunaan zat pengatur berkembang hanya melalui pembelahan

pertumbuhan dapat menyebabkan sel secara mitotik. Meski-pun demikian

terjadinya abnormalitas dalam banyak bukti menunjukkan bahwa

pembelahan sel yang dapat muncul dalam populasi tanaman yang

dalam bentuk perubahan jumlah dan dihasilkan secara in vitro, yaitu melalui

struktur kromosom. Selain faktor kultur kalus, kultur sel, embriogenesis struktur kromosom. Selain faktor kultur kalus, kultur sel, embriogenesis

proses pembungkusannya, yaitu: Pengendalian yang tidak tepat

(1) Tidak dibungkus, embrio somatik terhadap siklus sel ini dapat

yang dikeringkan, misalnya untuk menyebabkan munculnya variasi

orchard grass. somaklonal. Variasi somaklonal yang

(2) Dibungkus, embrio somatik terjadi pada kultur in vitro tanaman

dikeringkan, misalnya wortel. dapat dimanfaatkan sebagai salah satu

(3) Dibungkus, somatik embrio altematif pemuliaan tanaman karena

dihidrasi, misalnya alfalfa. dapat menghasilkan varietas-varietas

dibungkus, embrio baru.

(4) Tidak

dihidrasi, misalnya wortel. Beberapa sifat yang dapat muncul dalam bentuk variasi somaklonal antara lain adalah waktu pembungaan, tinggi

8.4 Rekayasa Genetik Pada

ta-naman, ukuran daun, fertilitas biji,

Tanaman Tingkat Tinggi

ketahanan terhadap pe-nyakit dan lain- lain.

Laboratorium kultur jaringan, Balai Penelitian Bioteknologi (BALITBIO) p. Beberapa Aplikasi Lain Teknik

telah melakukan penelitian perbanyakan Kultur In Vitro Tanaman

(vegetatif dan generatif) berbagai spesies tanaman, antara lain tanaman

Kultur in vitro tanaman mempunyai tahunan. Penelitian pada tanaman potensi sangat besar dalam program

tahunan berkayu memerlukan waktu pemuliaan tanaman serta penyediaan

yang relatif lebih lama dan pada spesies benlh dan bibit berkualitas. Dalam

tanaman tertentu memerlukan formulasi aplikasi yang lebih mutakhir, teknik

media yang kompleks, tetapi ada pula kultur in vitro merupakan dasar yang

yang lebih sederhana dengan kan- sangat penting dalam pengembangan

dungan total ion rendah. Di samping tanaman transgenik. Selain itu, teknik

faktor pertunasan yang rendah, kultur sel tanaman dapat dimanfaatkan

perakaran sering menjadi masalah guna menghasilkan berbagai metabolit

utama yang sulit dipecahkan (Mariska, sekunder. Beberapa aplikasi lain yang

1996). Untuk itu, sistem regenerasi dapat dikembangkan dari teknik kultur

melalui jalur embriogenesis somatik in vitro tanaman antara lain adalah (1)

lebih disukai karena meristem tunas dan biji/benih sintetik, (2) embryo rescue.

akar sudah terbentuk pada struktur Teknik induksi embrio-genesis

embriosomatik. Di masa mendatang somatik dapat dikembangkan lebih

produksi benih sintetik (embriosomatik) lanjut untuk menghasilkan biji sintetik

lebih mendapat perhatian. Namun atau biji artifisial. Biji sintetik atau

metode embrio-genesis somatik lebih artifisial (synthetic seed) adalah biji

sulit daripada regenerasi melalui jalur yang dlhasilkan dari embrio somatik

organogenesis.

yang kemudian dibungkus Laboratorium kultur jaringan, (encapsulated) dengan bahan tertentu,

Balai Penelitian Bioteknologi misalnya agarose, sodium alginat,

(BALITBIO) telah melakukan polioksietilen. Ada empat tipe biji

penelitian perbanyakan (vegetatif dan penelitian perbanyakan (vegetatif dan

1) Jambu Mete (Anacardium occidentale L.)

Jambu mete merupakan tana- man industri yang diprioritaskan untuk dikembangkan di daerah Kawasan Timur Indonesia (KTI). Dalam program pengembangan diperlukan bahan tanaman bermutu dalam jumlah memadai dari pohon induk yang sangat terbatas. Bibit yang berasal dari biji menghasilkan tanaman yang beragam. Untuk itu, telah dicoba perbanyakan vegetatif secara in vitro dengan eksplan yang berasal dari pohon induk yang unggul. Hasil penelitian awal menunjukkan adanya masalah penguningan daun yang terjadi sangat cepat. Menurut Mariska et al.

(1997) masalah tersebut umum dijumpai pada tanaman tahunan berkayu.

Dengan penambahan asam amino tertentu masalah tersebut dapat ditekan. Penambahan phloroglucinol ke dalam media yang sudah mengandung BA dan tidiazuron dapat meningkatkan persentase eksplan yang bertunas dan jumlah tunas yang terbentuk dari setiap eksplan (Mariska et al., 1998). Tunas in vitro yang berasal dari pertunasan kemudian dicoba diakarkan. Lebih dari 200 formulasi media (kombinasi MS dengan berbagai jenis auksin, senyawa fenol dan asam amino) telah dicoba, tetapi tidak dapat memacu pembentukan akar. Kemudian dicoba media "Woody Plant Medium" (WPM) dan Jordan yang dilengkapi NAA. Akar dapat terbentuk dari media dasar Jordan + NAA 7 mg/l. Dengan formulasi tersebut, akar lebih cepat terbentuk, jumlahnya lebih banyak dan pertumbuhannya lebih cepat. Bila dalam media dasar tersebut, konsentrasi NAA berbeda, akar tidak dapat terbentuk. disebabkan sempitnya selang konsentrasi optimal dari NAA.

2) Pulai (Alstonia scholaris L.)

Pulai termasuk salah satu tumbuhan obat langka dengan kategori jarang. Populasi tanaman ini termasuk besar, namun tersebar secara lokal atau daerah, penyebarannya tidak banyak dijumpai serta mengalami erosi berat. Tanaman pulai merupakan tanaman berkayu dan tingginya dapat mencapai 25 m.

Perbanyakan tanaman secara tidak ditemukan adanya masalah konvensional belum banyak

oksidasi fenol. Media dasar WPM dilakukan dan keberhasilannya masih

konsentrasi total ionnya lebih rendah rendah. Untuk mendukung upaya

daripada MS, kecuali untuk ion sulfat. pengembangannya dilakukan Walaupun pada media WPM ½ tidak perbanyakan vegetatif melalui kultur

ada masalah pencoklatan, namun jaringan. Tanaman pulai mempunyai

inisiasi tunasnya lebih lama daya meristematis yang sangat

dibandingkan WPM. Untuk rendah. Setelah biakan mengalami

mengurangi masalah pencoklatan, periode kultur in vitro yang relatif

maka pada penelitian selanjutnya lama, daya meristematis tanaman

digunakan media cair dengan media meningkat.

dasar WPM (Tabel 4). Tunas paling banyak diperoleh 3)

Cengkeh (Eugenia dari media WPM + BA 10 mg/l + NAA caryophyllus)

1 mg/l. Namun setelah 7 minggu, tunas yang terbentuk tidak Cengkeh merupakan salah satu

memanjang. Untuk itu, tambahan tanaman industri dan umumnya

paling banyak (0,31 cm) diperoleh diperbanyak dengan biji. Namun

dari media awal WPM + BA 5 mg/l + perbanyakan secara generatif dapat

NAA 0,50 mg/l. Perakaran dapat menyebabkan terjadinya segregasi

dilakukan secara in vitro dengan genetik. Untuk mempercepat

menumbuhkan tunas in vitro di rumah pengembangan pohon induk unggul

kaca dengan kelembapan yang tinggi yang jumlahnya terbatas, digunakan

dan pemberian intermittent mist teknologi kultur jaringan. Masalah

system setiap 3 jam pada siang hari. utama yang dihadapi pada cengkeh adalah tingkat oksidasi fenol yang

4) Pepaya (Carica papaya L.) sangat tinggi dan sistem regenerasi pembentukan tunas yang lambat.

Pepaya merupakan salah satu Masalah pencoklatan dicoba

tanaman yang mempunyai nilai diatasi dengan cara perendaman

ekonomis tinggi dan merupakan eskplan dalam DIECA 6 g/l selama 1

komoditas ekspor nonmigas. jam. Setelah perendaman eksplan

Komoditas tersebut diekspor ke pasar ditanam pada media MS (1,1/2) dan

yang cukup terbuka, yaitu Singapura, WPM (1,1/2) yang dilengkapi BA (0,

Australia, Jerman, dan Perancis (Biro

3, 5, dan 10 mg/l). Masalah oksidasi Pusat Statistik, 1992). Di samping fenol akan semakin meningkat

buahnya kaya akan vitamin dan dengan kandungan potasium yang

mineral, pepaya mempunyai banyak tinggi seperti pada media dasar MS.

kegunaan lain. Untuk meningkatkan Dinyatakan pula bahwa asam fenol

kualitas buah pepaya telah dilakukan teroksidasi tergantung pada potensi

persilangan antara pepaya Bangkok reduksi oksidasi dari media. Pada

dengan pepaya Hawai. Dari hasil media WPM terutama dengan

persilangan diperoleh buah pepaya kandungan makronya yang

yang berbentuk bulat, agak kecil, diencerkan sampai setengahnya

buah daging tebal, warna kuning buah daging tebal, warna kuning

telah dilakukan antara lain melalui menghasilkan buah yang baik kurang

kultur in vitro. Pelestarian secara in dari 2%. Perbanyakan vegetatif

vitro potensial bila dilakukan pada dilakukan melalui kultur jaringan

tanaman yang selalu diperbanyak untuk mempertahankan kualitas buah

secara vegetatif atau tanaman yang yang baik. Secara konvensional,

viabilitas benihnya sangat singkat. perbanyakan vegetatif sulit dilakukan

Sebelum dilakukan pelestarian terutama bila diarahkan untuk

secara in vitro maka perlu dikuasai mempercepat pengembangan terlebih da-hulu sistem varietas unggul baru dalam skala

regenerasinya.

luas. Hasil penelitian awal, dari mata Bila metode regenerasi sudah tunas terminal yang ditumbuhkan

dikuasai maka tanaman dalam botol pada berbagai formulasi media (lebih

dapat cepat diperbanyak apabila dari 150 formulasi), umumnya tunas

dibutuhkan. Dari penelitian Gati dan tumbuh rosette (menggerombol) dan

Mariska (1992) menunjukkan bahwa daun pendek-pendek, mengkalus

perlakuan kombinasi BA 3 mg/l pada pangkal tunasnya, tunas tidak

dengan NAA 0,10 mg/l memberikan dapat memanjang serta daunnya

hasil yang lebih baik dibandingkan cepat menguning kemudian gugur

dengan perlakuan tunggal. Antara dengan cepat. Gejala tersebut terjadi

kedua zat pengatur tumbuh tersebut secara cepat (2 −3 minggu setelah

terjadi aktivitas sinergisme dalam tanam) terutama pada biakan yang

mema-cu pertumbuhan jaringan. Zat dikulturkan pada media Anderson

pengatur tumbuh BA lebih efektif dan WPM. Pada media MS gejala

dibandingkan kinetin. Namun penguningan daun dan tunas terjadi

demikian pada media dengan kinetin lebih lama yaitu 6 −8 minggu setelah

1 mg/ l + NAA 0,10 mg/l dapat tanam. Kalus lebih banyak terbentuk

terbentuk akar. Persentase terutama pada media DKW yang

perakaran paling banyak berasal dari diberi 2-IP kemudian BA. Setelah

media MS + kinetin 1 mg/l + NAA 0 dicoba formulasi media baru yang

mg/l. Berbeda dengan tanaman mengandung selain zat pengatur

jambu mete (Mariska et al., 1998) dan tumbuh konsentrasi rendah diberikan

cengkeh (Mariska et al., 1991), pada pula asam amino, komponen organik

tanaman pulasari, daya lainnya dan modifikasi garam mineral

regenerasinya lebih mudah baik pada tertentu, maka tunas dapat tumbuh

tahap pertunasan maupun perakaran. memanjang dan daun tetap hijau. Untuk perakaran, tunas in vitro yang

6) Rami (Boehmeria nivea Gaud.) panjangnya mencapai 3 −5 cm dapat diakarkan secara in vivo di rumah

Pada saat ini banyak kalangan kaca.

swasta yang akan mengembangkan usaha di bidang pertanian dalam

5) Pulasari (Alyxia stellata) skala luas, antara lain tanaman serat Pulasari termasuk salah satu

rami. Untuk memenuhi kebutuhan tanaman obat yang dikategorikan

bibit rami dalam jumlah yang sangat bibit rami dalam jumlah yang sangat

perbaikan tanaman, melalui DNA telah mendapatkan metode

rekombinan, penggunaan struktur perbanyakan cepat tanaman rami.

embriosomatik lebih disukai karena Penggunaan BA 0,50 mg/l

dapat berasal dari satu sel. Demikian menghasilkan tunas yang lebih

pula untuk penyimpanan benih dalam banyak daripada perlakuan lainnya.

jangka pendek dan panjang, embrio Namun tunas menunjukkan gejala

somatik dianggap sebagai bahan vitrifikasi, yang dapat menurunkan

tanaman yang ideal untuk disimpan keberhasilan dalam tahap

mengingat strukturnya yang bipolar, aklimatisasi.

sehingga selalu siap diregenerasi Untuk itu dicoba formulasi lain

membentuk langsung benih somatik yaitu kombinasi BA dengan 2-IP,

(Mariska, 1996).

dengan formulasi tersebut biakan Dari berbagai formulasi media tumbuh lebih tegar, daun lebih hijau

yang diuji, persentase keberhasilan dan lebih lebar. Hartman dan Kester

pembentukan embriosomatik paling (1983) menyatakan bahwa penggu-

tinggi berasal dari media MS + 2,40-D naan zat pengatur tumbuh dari

2 mg/l + BA 0,20 mg/l + ABA 2 mg/l + golongan yang sama pada waktu

KCl 22,36 mg/l. Penambahan KCl ke yang bersamaan pada sebagian

dalam media dapat meningkatkan tanaman nyata lebih baik

keberhasilan, di samping itu pada dibandingkan perlakuan tunggal.

media yang sama struktur embriosomatik globular dapat

7) Jati (Tectona grandis) berkembang membentuk struktur torpedo. Struktur tersebut siap untuk

Jati merupakan salah satu dikecambahkan pada media baru. komoditas kayu yang berharga di

Tanpa KCl, struktur globular tidak daerah tropis. Kebutuhan kayu jati

mampu membentuk struktur yang semakin meningkat setiap tahunnya,

bipolar. Pada formulasi media lain sehingga berbagai negara produsen,

eksplan, jaringan daun muda dari di antaranya Indonesia berusaha

biakan in vitro di samping membentuk mengembangkan tanaman jati dalam

struktur globular, juga membentuk skala luas. Untuk mendukung

kalus yang tumbuh dengan cepat. program tersebut dicoba

Di samping itu embriosomatik yang perbanyakan secara in vitro melalui

terbentuk cenderung mengkalus jalur embriogenesis somatik. Melalui

kembali bila tidak di subkultur pada cara tersebut, biji unggul hasil

media lain. Percobaan ini masih persilangan terkendali dapat

memerlukan waktu lama untuk diperbanyak secara cepat dari sel

mengetahui metode yang diperoleh somatik, sehingga bibit dapat

dapat diulang serta mendapatkan diproduksi dengan jumlah yang tidak

struktur embriosomatik yang dapat terbatas. Di masa mendatang

dikecambahkan membentuk benih embriosomatik pada tanaman

somatik. Faktor pertunasan pada tahunan berkayu, banyak menarik

tanaman tahunan (terutama tahunan perhatian untuk produksi benih

berkayu) relatif masih rendah. Tunas berkayu) relatif masih rendah. Tunas