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.
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.
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. 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