pendahuluan perkembangan bioteknologi

PENDAHULUAN
Pertemuan ke
1.

MATERI
KULIAH
BIOTEKNOLO
GI
PERTANIAN

2.
3.
4.
5-6.
7.
8
9-10
11.
12.
13.
14.

15
16

Materi Kuliah Prodi Agroteknologi
Kontrak Kuliah. Pengertian, sejarah,
ilmu pedukung, perkembangan)
Struktur dan fungsi sel & Bahan genetik
Perubahan genetik jasad hidup
Replikasi dan ekspresi gen
Teknik kultur mikroba
Teknik kultur in vitro
Teknik Fusi Sel
UTS
Teknologi DNA Rekombinan
Biopestisida mikroba dan Tanaman
transgenik tahan hama
Tanaman transgenik tahan herbisida
Vaksin tanaman
Rekayasa genetik penambatan nitrogen
Biosafety dan Biodiversitas

UAS

Penilaian MKA Bioteknologi Pertanian
Unsur

Cara

Pengetahuan/Pemahaman/Kreativitas

Kuis & Tugas

0,30

100

30%

Ujian Tengah
Semester
Ujian Akhir

Semester
Menyampaikan
pendapat
terhadap
persoalan yang
diberikan di kelas
Keterlambatan
dalam kehadir-an
di kelas serta
Kecurangan
dalam
mengerjakan
tugas, tes
dan/atau ujian

0,35

100

35%

0,35

100

Kreativitas dan
pemahaman

Kedisiplinan dan
kejujuran

Bobot

Bonus

Skor
maksimal

Buku Pustaka
•

Wajib

• Yuwono, T. 2006. Bioteknologi Pertanian. Gadjah

Mada University Press. Yogyakarta

• Nasir, M. 2002. Bioteknologi Potensi dan

Keberhasilannya dalam Bidang Pertanian. Raja
Grafindo Persada. Jakarta

•
•

Anjuran

• Dixit, S.K. 2001. Biofertilizers, A Manual on

Commercial Production Technology. Omega

Scientific Publishers, New Delhi, India
• Nasir, M. 2002. Bioteknologi Molekuler Teknik
Rekayasa Genetik Tanaman. Citra Aditya Bhakti.
Bandung.

BIOTEKNOLOGI PERTANIAN

Prosentase

35%
Ditambahkan
pada nilai akhir

 Pengertian
Penalti

Dikurangkan dari
nilai akhir

 Sejarah perkembangan

 Ilmu-ilmu Pendukung
 Perbedaan Biotek Klasik dan Modern
 Keuntungan dan kerugian

1

1. Pengertian
 Karl Ereky (1917) – pertama kali mengemukakan

BIOTEKNOLOGI. BIO = makhluk hidup, TEKNOLOGI
= cara untuk memproduksi barang atau jasa.

 European Federation of Biotechnology (1989)
mendefinisikan bioteknologi sebagai perpaduan dari
ilmu pengetahuan alam dan ilmu rekayasa yang
bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup,
sel, bagian dari organisme hidup dan/atau analog
molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa

 Menristek (1985) – BIOTEKNOLOGI : pemanfaatan

sistem biologi untuk menghasilkan barang dan jasa
bagi kepentingan manusia.

2. SEJARAH PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
 3000 th SM proses fermentasi minuman
 1680 sel khamir oleh Antonie van Leeuwenhoek
 1818 proses fermentasi Khamir oleh Erxleben
 1857 fermentasi asam laktat Pasteur
 1897 Buchner enzim berperan dalam fermentasi
 Abad 20 Mendel, bahan genetik

Pengertian (lanjutan)
CRC Dictionary of Agriculture Science (2002)
penerapan dan penggunaan jasad hidup atau
komponennya untuk mempengaruhi proses
fisiologi dan biokimia di bidang pertanian,
industri, maupun penerapan praktis dan
komersial lainnya.
 Definisi : penerapan prinsip prinsip biologi,
biokimia, dan rekayasa dalam pengolahan

bahan dengan memanfaatkan agensia jasad
hidup dan komponen komponennya untuk
menghasilkan barang dan jasa.

 1928 F Griffith mutan bakteri Pneumococcus

tipe R tdk patogenik mengalami transformasi
menjadi tipe S yg mati diinjeksi ke tikus. Proses
transformasi secara in vitro
 1944 Avery dkk “the transforming principle”
senyawa asam nukleat deoksiribose (DNA).
Sifat genetik suatu jasad ditentukan oleh DNA,
meski belum diketahui struktur DNA
 1953 Watson dan F Crick struktur DNA, fungsi
gen sbg pembawa sifat.
 1970 Paul Berg penyambungan mol DNA virus
(Tek DNA rekombinan)

2

3. ILMU DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI

 Bioteknologi modern ditentukan perkemb ilmu

dasar : mikrobiologi, genetika dan biokimia
 Perkembangan bioteknologi didukung pada ilmuilmu terapan dan murni lain, seperti komputer,
biologi molekular, kimia, matematika, ilmu
pangan, kesehatan dan lain sebagainya.
 Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu
terapan yang menggabungkan berbagai cabang
ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.

ILMU DASAR DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI

 Mikrobiologi : studi awal mengenai manipulasi

Mikrobiologi
Biologi Molekuler

Biokimia

Genetika

Ilmu Pangan

Rekayasa mekanik

Elektronika
Biotechnology
Bioteknologi Pertanian
Bioteknologi Lingkungan

ILMU DASAR BIOTEK MODERN

Teknologi Pangan

genetik dilakukan terhadap kel mikroba
Mikroba ?? Sel mikroba lebih sederhana drpd
jasad hidup tkt tinggi, pertumbuhan cepat, mudah
dilakukan persilangan genetis
 Genetika : analisis genetik, DNA
 Biokimia : struktur bahan genetik, enzim, ekspresi
genetik dan regulasinya.

Bioteknologi Industri

Bioteknologi Kesehatan

3

Perkembangan Bioteknologi
Bioteknologi bukan merupakan sesuatu yang
baru. Tanaman dan hewan sudah didomestikasi
ribuan tahun yang lalu, pemanfaatan mikroba
untuk produk-produk berguna (tempe, oncom,
tape, arak, terasi, kecap, yogurt, dan nata de
coco). Antibiotik berasal dari mikrobia, mikroba
penambat nitrogen telah dimanfaatkan sejak
abad ke 19. Mikroba telah dimanfaakan secara
intensif
untuk
membersihkan
dan
mendekomposisi limbah dan kotoran ternak.
Dalam bidang medis, vaksin-vaksin tertentu
dibuat dari virus atau bakteri yang telah
dilemahkan.

Tanaman
Brassica oleracea

Contoh pengembangan
varitas tanaman Brassica

Bunga – Kobis Bunga
Pucuk – Kobis Telur
Tunas Samping – Kol Tunas

BIOTEKNOLOGI KLASIK/KONVENSIONAL
 Contoh bioteknologi konvensional di bidang

teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti,
dan keju sudah dikenal sejak abad ke-19,
 Di bidang pertanian, pemuliaan tanaman untuk
menghasilkan varietas-varietas baru di bidang
pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi
hewan.
 Di bidang medis,penemuan vaksin, antibiotik,
dan insulin. Perubahan signifikan terjadi setelah
penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur.
Dengan bioreaktor, produksi antibiotik maupun
vaksin dapat dilakukan secara massal.

Bioteknologi Modern
 Perkembangan bioteknologi secara drastis terjadi sejak

ditemukannya struktur helik ganda DNA dan Teknologi
DNA Rekombinan di awal tahun 1950-an, yang
memungkinkan manusia memanipulasi suatu organisme
di taraf seluler dan molekuler. Bioteknologi mampu
melakukan perbaikan galur dengan cepat dan dapat
diprediksi, dapat merancang galur dengan bahan genetik
tambahan yang tidak pernah ada pada galur induknya.
Inti sel

Batang – Kol Rabi
Bunga + Batang - Brokoli
Banyak daun - Kale


kromosom

DNA

4

BIOTEKNOLOGI MODERN
 rekayasa genetika,
 kultur jaringan,
 rekombinan DNA,
 pengembangbiakan sel induk,
 kloning, dan lain-lain.
 Teknologi ini memungkinkan kita

untuk memperoleh tanaman
transgenik (termasuk
GMO=genetic modified
organism), dan vaksin tanaman

B
I
A
Y
A

Pembandingan peningkatan efisiensi hasil dan biaya yang dibutuhkan
untuk pengembangan bioteknologi Konvensional vs bioteknologi
modern

Bioteknologi Modern
Genomik
Rekayasa Genetika Hewan
Rekayasa Genetika Tanaman
Rekayasa Genetika Mikroba
DNA Rekombinan
Produksi Antibodi
Transfer Embrio
Kultur Jaringan
Biologi Kontrol
Biofertilizer
Biodekomposer
Fermentasi Mikroba
Bioteknologi Konvensional
PENINGKATAN EFISIENSI

 Di bidang pangan, dengan teknologi rekayasa

genetika, kultur jaringan dan rekombinan DNA,
dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk
unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika
dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih
tahan terhadap OPT maupun tekanan lingkungan.
 pelestarian lingkungan hidup dari polusi. contoh,

pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke
laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang
bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan
menggunakan bakteri jenis baru.

 Keuntungan :
 potensi hasil lebih tinggi
 mengurangi penggunaan pupuk dan pestisida
 toleran terhadap cekaman lingkungan
 pemanfaatan lahan marjinal
 kualitas makanan dan gizi lebih baik
 perbaikan defisiensi mikronutrien

 Kerugian :
 efek balik terhadap organisme non-target
 pembentukan hama/penyakit resisten
 transfer gen resisten antibiotik melalui gen penanda
antibiotik
 transfer gen yang tidak diinginkan ke tanaman liar
 transfer gen penyandi untuk produksi gen toksik

5

BIOTEKNOLOGI
KONVENSIONAL
KELEBIHAN

KEKURANGAN

MODERN
KELEBIHAN

KEKURANGAN

Relatif murah

Perbaikan sifat
genetik tidak
terarah

Perbaikan sifat
genetik terarah

Relatif mahal

Teknologi relatif
sederhana

Tidak dapat
mengatasi
inkompatibilitas

Dapat mengatasi
inkompatibilitas

Teknologi canggih

Dampak jangka
panjang dapat
diprediksi (sistem
mapan)

Hasil tidak dapat
diprakirakan
sebelumnya

Menghasilkan jasad
baru dengan sifat
baru yang tidak ada
pada jasad alami

Dampak jangka
panjang belum
diketahui

Memerlukan waktu
relatif lama

Memperpendek
pengembangan
jasad baru

Sering tidak dapat
mengatasi kendala
alam (hama)

Meningkatkan
kualitas dan
kendala alam

Penerapan Bioteknologi Pertanian
bertujuan untuk:
 Meningkatkan hasil dan kualitas tanaman

budidaya dengan cara mendapatkan
tanaman dengan nilai gizi tinggi, tahan
lahan marjinal, tahan hama dan penyakit.
 Mempertahankan diversitas genetik
 Mencari tanaman alternatif yang tahan
terhadap iklim dan lahan bermasalah
(misal : gandum tropis, triticale)

Contoh Tanaman hasil bioteknologi modern
Komersial:
฀ Kapas – tahan serangan hama Lepidoptera (Kapas Bt)
Studi lapangan:
฀ Kapas – toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera
฀ Jagung – toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera
฀ Kedelai – toleran herbisida
Pengujian Laboratorium:
฀ Kakao – tahan serangan hama Lepidoptera
฀ Ketela pohon – perbaikan komposisi pati
฀ Kopi- tahan penyakit yang disebabkan jamur
฀ Kelapa sawit – tahan hama Lepidoptera, rendah asam lemak jenuh
฀ Kacang tanah- tahan penyakit yang disebabkan virus
฀ Kentang – tahan hama Lepidoptera, tahan penyakit yang disebabkan virus
฀ Padi – tahan hama Lepidoptera
฀ Kedelai – tahan hama Lepidoptera
฀ Tebu – toleran kekeringan
฀ Ubi jalar – tahan penyakit virus
฀ Tembakau – tahan penyakit virus
฀ Tomat – tidak spesifik

CONTOH APLIKASI BIOTEKNOLOGI MODERN UNTUK
PENGEMBANGAN TANAMAN TRANSGENIK

 Kandungan provitamin A tinggi
 Tahan terhadap hama, penyakit, virus
 Toleran terhadap lingkungan bergaram
 Buah tidak mudah busuk
 Fortifikasi untuk
meningkatkan
kandungan Vitamin A
pada padi
 Transgen dari
bakteri dan daffidol
Golden Rice

6

Tanaman transgenik tahan hama serangga

Tanaman transgenik tahan penyakit jamur
Transgenic

Wild-type

Tanaman bunga
matahari
tahan jamur
putih

Pengujian Kapas“Bt” tahan hama ulat
bollworms
Tanaman tomat transgenik mengekspresikan gen pembentuk senyawa
oxalate oxidase 2 hari setelah ditulari dengan jamur patogen Sclerotinia
penyebab penyakit busuk batang, sehingga tanaman tetap sehat.
Tanaman tomat biasa (wild type) terkena penyakit busuk batang (rebah).

Tanaman transgenik tahan virus

Tanaman transgenik tahan
Herbisida
Contoh tanaman kopi
transgenik, disemprot
herbisida ammonium
glufosinat tetap sehat.
Tetapi tanaman kopi
biasa apabila disemprot
herbisida, daun
mengering dan mati

Selubung protein virus digunakan untuk melingdungi
tanaman Pepaya dari penyakit virus Ringspot.
Pemberian selubung virus pada sel tanaman
sering disebut vaksin tanaman

 Contoh lain tanaman transgenik tahan herbisida:
Kedelai, jagung, canola, kapas, alfalfa
 Gula bit, lettuce, strawberry, gandum, turf grass
 sumber gen tahan herbisida berasal dari bakteri

7

Contoh aplikasi bioteknologi Bidang Lingkungan
 Penanganan limbah

 Ekstraksi dan akumulasi logam berat

Tomat
transgenik
tahan
pembusukan

 Degradasi pestisida dan senyawa sejenis

Bakteri Indikator
Untuk mendeteksi kontaminasi di lingkungan
 menggunakan mikroba yang sensitiv terhadap polutan

Bioremediasi
pembersihan tempat-tempat terkontaminasi
 menggunakan mikroba yang direkayasa
untuk merombak polutan

Bioteknologi Lingkungan
Deteksi pencemaran di lahan tambang

Penanaman tanaman GM (Genetic Modified) hasil rekayasa genetik
mencakup 5% dari seluruh lahan pertanian di dunia
Tanaman

Australia; Canada; Japan; Mexico; New Zealand; Philippines; United States of
America (USA)

Argentine
Canola

Australia; Canada; China; European Union (EU); Japan; Korea, Rep.; Mexico;
New Zealand; Philippines; South Africa; USA

Kapas

Flax, Linseed
Jagung

Padi

Cara deteksi

Lahan ditanami tanaman
transgenik indikator

Apabila terjadi pencemaran, tanaman
indikator berubah warna menjadi merah

Negara

Alfalfa

Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; EU; Japan; Korea, Rep.;
Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA
Canada; USA
Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; El Salvador; EU;
Honduras; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Philippines;
Russian Federation; Singapore; South Africa; Taiwan; Thailand; USA
Australia; Canada; Colombia; Mexico; New Zealand; Russian Federation; USA

Kedelai

Argentina; Australia; Bolivia; Brazil; Canada; China; Colombia; Czech Republic;
EU; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Paraguay;
Philippines; Russian Federation; South Africa; Switzerland; Taiwan; Thailand;
United Kingdom; USA; Uruguay

Gula bit

Australia; Canada; European Union; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand;
Philippines; Russian Federation; Singapore; USA

Gandum

Colombia; USA

Source: ISAAA's GM Approval Database. http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/.

Genetic Engineering Lab

8

The Crop Biotech Market

58.8%/118 ma
(63%/106 ma)

6.7%/13 ma
(6.0%/10 ma)

4.6%/9 ma
(3%/7 ma)

Bagaimana
SIKAP
ANDA???

6.2%/12 ma
(3%/7 ma)

20.0%/40 ma
(21%/36 ma)

Top Five Countries = 96% of market
20 % increase from 2003

Latihan
 Sebutkan perbedaan bioteknologi tradisional

dan bioteknologi modern!
 Mengapa bioteknologi disebutkan bukan
sesuatu yang baru?
 Jelaskan tujuan bioteknologi di bidang
pertanian
 Sebutkan keuntungan dan kerugian yang
mungkin ditimbulkan dari penggunaan
bioteknologi!

9