MAKALAH M.K. PENGANTAR BIOTEKNOLOGI ‘’ BIOTEKNOLOGI DALAM BIDANG PERTANIAN’’
Disusun Oleh : KELOMPOK I STEVANI TATUWO MARIA FERLI FEBRIYANTI SISKARLI GUA FRANGKLIN BARAPA
UNIVERSITAS NEGERI MANADO FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI 2018
1
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan Rahmat-Nya,penyus Rahmat-Nya,penyusunan unan makalah ini dapat dapat kami selesaikan. selesaikan. Makalah ini menjelaskan tentang Bioteknologi Bioteknologi dalam Bidang Pertanian. Uraian materi ini dibuat dalam teks yang menarik, agar si pembaca tertarik untuk membaca makalah ini. Dengan tujuan, yang membaca makalah ini diharapkan mengerti tentang materi yang disampaikan. Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang kami miliki sangat kurang. Oleh kerena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.
2
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR …....……..................................………....…… …....……..................................………....………................. …................. .......2 DAFTAR ISI ……………………….............................. ………………………........... ......................................... .............................................. ............................3 ....3 BAB I PENDAHULUAN A.
Latar Belakang ……….. …….... …….................……....….…..…………………….. .............……....….…..……………………........4 ......4
B.
Rumusan Rumusan Masalah …….......... ……......................……………....……………………..……. ............……………....……………………..……..4 .4
C.
Tujuan Penulisan……………... Penulisan……………... …………................ …………..................…................................. ..….......................................4 ......4
D.
Manfaat Penulisan……………………………………………………………….. Penulisan………………………………………………………………..5 5
BAB II PEMBAHASAN
A.
Pengertian Bioteknologi Pertanian.......................... Pertanian................................................ ............................................. .........................8 ..8
B.
Metode Dalam Bioteknologi Pertanian …..…..……………….....………..............8
C.
Peran Bioteknologi Dalam Pertanian ……………………………..…………….15
D.
Kelebihan dan Kekurangan Bioteknologi Dalam Bidang Pertanian..…………..21 Pertanian.. …………..21
BAB III PENUTUP
RANGKUMAN….. ……………………………………………….......……………… ……………………………………………….......……………….22 .22 DAFTAR DAFTAR PUSTAKA ………………………………………..........………………….. ………………………………………..........………………… .. 24
3
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Penerapan bioteknologi sebenarnya telah dilakukan sejak za man prasejarah, antara lain untuk menghasilkan minuman beralkohol dan mengawetkan daging. Dari minuman beralkohol, anggur mungkin merupakan merupaka n produk bioteknologi tertua, kemudian disusul bir selanjutnya roti. Bioteknologi Bioteknologi boleh didefinisikan didefinisikan sebagai proses-proses biologi oleh organisme yang dimanfaatkan oleh dan untuk kepentingan manusia. Sebenarnya pengertian bioteknolo bioteknologi gi sangat luas. Tiap-tiap negara mempunyai mempunyai definisi definisi masingmasing. Definisi yang seragam sebenarnya penting agar terdapat pandangan yang sama dalam mendiskusikan mendiskusikan masalah bioteknologi bioteknologi baik dalam lingkup nasional maupun internasional. internasional. Batasan umum yang diusulkan bagi negara anggota organisasi untuk kerja sama dan pengembangan ekonomi (OECD = Organization for Economic Coorporation Coorporation and Development) adalah bahwa: “Bioteknologi merupakan penerapan prinsip prinsip ilmiah dan rekayasa pengolahan bahan oleh agen agen biologi, untuk untuk menyediakan barang dan jasa”
B. RUMUSAN MASALAH
1. Apa yang dimaksud Bioteknologi Pertanian? 2. Apa saja contoh contoh - contoh dari Bioteknologi Bioteknologi Pertanian? Pertanian? 3. Bagaimana Pemanfaatan bioteknologi dalam Pertanian?
C. TUJUAN PENULISAN Tujuan Umum:
Mahasiswa dapat mengetahui peran bioteknologi dalam bidang pertanian.
Tujuan Khusus:
1. Mengetahui pengertian bioteknologi pertanian 2. Mengetahui beberapa jenis metode yang digunakan dalam bioteknologi pertanian
4
3. Mengetahui peran bioteknologi dalam bidang pertanian 4. Mengetahui Keuntungan dan kelemahan bioteknologi dalam bidang pertanian
D. MANFAAT PENULISAN Memberikan pengetahuan kepada Mahasiswa, tentang peran bioteknologi dalam bidang pertamnian
5
BAB II PEMBAHASAN
A. BIOTEKNOLOGI PERTANIAN
Bioteknologi pertanian merupakan salah satu cabang ilmu yang penting dalam pengembangan bioteknologi yang diarahkan untuk pemenuhan kebutuhan manusia akan pangan. Sebagai negara tropis dan agraris yang sebagian s ebagian besar penduduknya memiliki mata pencaharian dalam bidang pertanian, Indonesia memiliki keragaman flora dan fauna yang sangat tinggi, serta ketergantungan terhadap sektor pertanian yang amat besar, sehingga upaya pengembangan bioteknologi merupakan hal yang mutlak. Kondisi pertanian yang tangguh hanya akan terwujud jika mendapat dukungan Iptek secara optimal. Mengikutsertakan bioteknologi dalam pengembangan pertanian merupakan pilihan yang tepat, sebagaimana telah ditempuh Malaysia yang yang menetapkan bioteknologi bioteknologi sebagai salah satu prioritas dalam pembangunan nasionalnya. Sebagai konsekuensi dari hal itu, maka upaya penelitian, pengembangan dan aplikasi bioteknologi perlu makin digalakaan. Biologi merupakan ilmu yang mempelajari mahluk hidup, semua mahluk hidup mulai dari yang sederhana (mahluk hidup ber sel satu sampai MH yang sangat kompleks). Pertanian itu ilmu yang mempelajari budidaya tumbuhan dan segala yang berkaitan dengan upaya budidaya tersebut (termasuk ilmu tanah pengolahan hasil dan agro industri). Jadi kedua ilmu ini memiliki keterkaitan yang sangat kuat, dimana Ilmu Biologi merupakan dasar dari Ilmu Pertanian terutama dalam penemuan jenis tanaman unggul, rekayasa genetika tumbuhan/hewan dan lain sebagainya. Pengetahuan mengenai sifat suatu tanaman berdasarkan analisa sel (ilmu biologi) membuat manusia mampu menerapkan cara pembudidayaan yang tepat dan pengolahan hasilnya lebih lanjut untuk kegiatan produksi besar-besaran dan produk unggulan dalam bidang pertanian. Pengetahuan mengenai sifat dan karakter serangga yang berhubungan dengan iklim atau musim (ilmu biologi) membuat manusia dapat menetapkan waktu bercocok tanam yang tepat atau metode penanggulangan hama serangga tersebut (ilmu pertanian).
6
Bioteknologi di bidang pertanian dan perkebunan difokuskan pada agen biologi yang berupa tumbuhan budidaya yang menhasilkan bahan makanan dan sandang. Teknologi yang dikembangkan rekayasa genetik dengan bantuan mikroorganisme (bakteri). Tujuannya adalah untuk mendapatkan tanaman transgenik (GMO / Genetic Manipulation Organisme) yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1.
Mampu membentuk pestisida sendiri dan tahan terhadap antibiotic tertentu.
2.
Mampu menfiksasi nitrogen sehingga mampu memupuk diri sendiri, sehingga dapat ditanam di tempat yang gersang.
3.
Mampu menghasilkan kandungan gizi yang lebih beranekaragam, tinggi dan berkualitas baik.
4.
Mampu mengkode kegiatan metabolismenya sehingga terhindar dari pencemaran genetis.
Kegiatan pada bidang pertanian dapat dibagi menjadi tiga generasi: 1)
Generasi pertama adalah kegiatan menghasilkan benih ( generatif dan vegetatif ). ).
2)
Generasi kedua adalah kegiatan menghasilkan tenik budidaya pada bidang pertanian.
3)
Generasi ketiga adalah kegiatan menghasilkan produk agroindustri. Selain itu upaya pengembangan di Indonesia yang mana sebagian besar
penduduknya penduduknya adalah bertani, maka dalam bidang teknologi pertanian pertani an terus diupayakan oleh para ahli untuk mendapatkan produk unggulan dengan proses yang efektif, efisien, dan hasil yang unggul. Oleh sebab itu banyak para penelitian pengembangan pertanian yang ditujukan untuk : a.
Pemetaan, eksplorasi gen-gen penting dan sekuen genom hewan, tanaman dan mikroba yang berguna dalam perakitan genetik;
b.
Pengungkapan biokimia dan molekuler serta struktur biologi yang menjadi dasar pertumbuhan tanaman dan hewan; hewan;
c.
Penciptaan galur-galur unggul yang dapat merespon kondisi lingkungan ekstrim (cekaman abiotik dan biotik) seperti kekeringan, lahan asam, salinitas tinggi dan lainlain;
d.
Penciptaan bibit dan benih unggul yang mempunyai produktifitas tinggi, tahan terhadap hama dan penyakit (meningkatkan produktivitas lahan), komposisi gizi yang lebih baik dan diminati pasar;
7
e.
Penentuan biokimia dan mekanisme genetic control dalam metabolisme pada hewan, tanaman dan mikroba potensi untuk pengembangan produk bahan pangan baru ataupun bahan kimia untuk keperluan industri dan farmasi.
f.
Pengembangan teknik dan metode untuk pengujian keamanan pangan.
(Hoobelink, 1988: 35).
B. METODE YANG DIGUNAKAN DALAM BIOTEKNOLOGI PERTANIAN
Metode yang digunakan dalam bioteknologi pertanian dapat dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya adalah sebagai berikut:
1. Seleksi Perkawinan Konvensional dan Hibridisasi
Rekayasa genetik pada tanaman bukanlah suatu hal yang baru. Sejak berkembangnya bidang pertanian, para petani telah melakukan seleksi benih sesuai sifatsifat yang diinginkan. Meskipun perkawinan silang yang dilakukan dapat meghasilkan tongkol-tongkol jagung yang besar, apel yang mengandung banyak air, dan bibit unggul yang diperoleh secara modern, namun cara ini membutuhkan waktu yang lama dan tidak tentu. Untuk mendapatkan bibit unggul sesuai sifat-sifat yang diinginkan dilakukan dengan perkawina silang antara 2 jenis tanaman dan mengulang kembali perkawinan silang antara keturunan hibrid dengan salah satu induknya. Pada kenyataanya, tanaman dari spesies yang berbeda pada dasarnya tidak dapat dihibridisasi, akibat sifat genetik tidak dapat diisolasi dari ta naman. Dengan bioteknologi, keterbatasan tersebut dapat diatasi. Para ilmuwan sekarang dapat memindahkan gen-gen khusus untuk sifat yang diinginkan kedalam tanaman. Proses ini berjalan cepat dan pasti karena tanaman menunjukkan beberapa keuntungan bagi para ahli genetik, yaitu : a. Sejarah panjang dari persilangan tanaman memberikan peluang bagi ahli genetika tanaman memiliki kekayaan strain yang dapat dieksploitasi secara molekuler. b. Tanaman menghasilkan banyak keturunan, sehingga mutasi rekombinasi dapat ditemukan dengan mudah. c. Tanaman memiliki kemampuan regenerasi lebih baik daripada hewan.
8
d. Batas spesies dan kompatibititas seksual bukan merupakan persoalan yang berkepanjangan.
Perbandingan gen pada varietas yang dihasilkan dari hibridisasi konvensional dan transformasi genetik
Teknik konvensional ini memiliki keuntungan dan juga kelemahan. Keuntungan dari teknik konvensional adalah dapat menghasilkan bibit unggul sedangkan kelemahannya adalah hanya bisa dilakukan pada spesies (jenis) yang sama.
2. Kloning (menumbuhkan tanaman dari sel tunggal)
Pada umumnya sel-sel tanaman berbeda dengan hewan, tetapi satu ciri khas sel tanaman yang penting untuk bioteknologi adalah beberapa tanaman dapat melakukan regenerasi dari satu sel. Tumbuhan baru yang terbentuk memiliki tiruan baru (klon) dari sel induk. Kemampuan alami sel tanaman ini membuatnya menjadi ideal untuk penelitian genetik. Setelah materi genetik yang baru dihasilkan di dalam sel tanaman, maka sel tersebut dengan cepat membentuk tanaman dewasa dan para peneliti dapat mengetahui hasil modifikasi genetik pada waktu yang relatif si ngkat.
9
3. Fusi Protoplas
Fusi protoplas merupakan suatu proses alamiah yang terdapat dari mulai tanaman tingkat rendah sampai pada tanaman tingkat tinggi. Fusi protoplas merupakan gabungan protoplas dengan protoplas lain dari beberapa spesies, kemudian membentuk sel yang dapat tumbuh menjadi tanaman hibrid. Hibridisasi somatik melalui fusi protoplasma digunakan untuk menggabungkan sifat lain dua spesies atau genus yang tidak dapat digabungkan secara seksual ataupun aseksual. Hal ini dapat dilakukan dengan cara menggabungkan seluruh genom dari spesies yang sama (intra-spesies), atau antarspesies dari genus yang sama (inter-spesies), atau antargenus dari satu famili (inter-genus).
Protoplas dari dua sel yang mulai bergabung
Ketika tanaman dilukai, maka sejumlah sel yang disebut callus akan callus akan tumbuh pada tempat yang dilukai tersebut. Sel-sel callus memiliki kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi tunas t unas dan akar s erta keseluruhan tanaman berbunga. Potensi alami sel-sel tersebut yang terprogram menjadi calon tanaman baru yang sangat ideal untuk rekayasa genetik. Seperti pada sel-sel tanaman, sel-sel callus dikelilingi callus dikelilingi oleh dinding selulosa yang tebal, yaitu sebuah rintangan yang menghambat pembentukan DNA baru. Dinding sel tersebut dapat dipecah dengan dinding selulose sehingga menghasilkan sel tanpa dinding sel yang disebut protoplas. Protoplas ini dapat digabungkan dengan protoplas lain dari beberapa spesies, kemudian membentuk sel yang dapat tumbuh menjadi tanaman hibrid. Metode ini disebut fusi disebut fusi protoplas. protoplas. Tujuan fusi protoplas adalah untuk mendapatkan suatu hibrida somatic atau sibrida atau mengatasi kelemahan dari hibrida seksual. Terdapat kelemahan dari hibrida seksual, yaitu:
10
Sukar untuk mendapatkan suatu hibrida antarspesies dan antargenera. Hibridisasi somatik dapat mengatasi hal tersebut.
Sitoplasma pada perkawinan seksual hanya berasal dari induk betina saja. Dalam proses pembuahan, gamet jantan hanya membawa inti saja dengan sedikit sitoplasma sebaliknya pada tetua betina selain inti juga sitoplasma. Untuk mendapat sitoplasma dari kedua tetua diadakan fusi antara sitoplasma. Fusi protoplas dapat dimanfaatkan untuk melakukan persilangan antarspesi es
atau galur tanaman yang tidak memungkinkan untuk dilakukan dengan persilangan biasa karena adanya masalah inkompatibilitas fisik. Fusi protoplas membuka kemungkinan untuk:
Menghasilkan hibrid somatik amphidiploid yang fertil antar spesies yang secara seksual tidak kompatibel
Menghasilkan galur heterozigot dalam satu spesies tanaman yang secara normal hanya dapat diperbanyak dengan cara vegetatif, misalnya pada kentang.
Memindahkan sebagian informasi genetik dari satu spesies ke spesies lain dengan memanfaatkan fenomena yang disebut penghilangan kromosom (chromosome elimination).
Memindahkan informasi genetik yang ada di sitoplasma dari satu galur atau spesies ke galur atau spesies lain.
Fusi protoplas dapat menghasilkan dua macam kemungkinan produk:
Hibrid, jika nukleus dari kedua spesies tersebut betul-betul mengalami fusi (menyatu)
Cybrid (cytoplasmid hybrid ataru heteroplast), jika hanya sitoplasma yang mengalami fusi sedangkan informasi genetik dari salah satu induknya hilang.
11
Skema fusi protoplas dalam menghasilkan produk
Teknik ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihan dari teknik ini adalah dapat menghasilkan tanaman dengan sifat tertentu dan dapat dilakukan dengan spesies yang berbeda. Kekurangan dari teknik ini adalah memerlukan biaya yang mahal serta butuh ketelitian yang lebih (Nasir, 2002: 17-20). 17-20).
4. Teknik Potongan Daun (Leaf Fragment Technique)
Transfer genetik terjadi secara alami pada tanaman dalam merespon organisme patogen. Contohnya, suatu luka dapat terinfeksi oleh bakteri tanah yang disebut Agrobacterium tumefaciens (Agrobacter). Bakteri ini memiliki plasmid yang besar (molekul DNA double helix yang sirkuler) yang dapat merangsang sel -sel tanaman untuk tumbuh terus-menerus tanpa terkontrol (tumor). Oleh karena itu, plasmid ini dikenal sebagai Tumor inducing (Ti) (Ti) plasmid. Sedangkan hasil dari tumor tersebut disebut crown gall . Selama infeksi, bakteri ini mentransfer sebagian kecil materio genetik yang dimilikinya (T-DNA) ke dalam genom sel tanaman inang. Setelah diinsersi, gen-gen bakteri tersebut diekspresi oleh sel-sel tanaman yang terinfeksi. Plasmid bakteri memberi gagasan bagi para ahli bioteknologi sebagai sarana transfer DNA. Dalam penggunaannya, peneliti sering menyebut sebagai teknik potongan daun. Dalam teknik ini daun dipotong kecil-kecil kemudian ketika potongan daun mulai regenerasi, selanjutnya akan dikultur pada medium yang mengandung Agrobacter yang yang telah mengalami modifikasi genetik. Selama proses ini, DNA dan Ti plasmid berintegrasi ke DNA sel inang dan materi genetik pun telah terkirim. Potongan daun tersebut kemudian diberi hormon untuk merangsang pertumbuhan tunas dan akar.
12
Mekanisme penggabungan penggabungan gen melalui teknik potongan daun
Kekurangan utama dari proses ini adalah Agrobacter tidak dapat menginfeksi tanaman monokotil seperti jagung dan gandum. Tanaman dikotil seperti tomat, kentang, apel, juga kedelai merupakan contoh yang cocok untuk proses ini. Namun penelitian baru baru ini jelas menunjukkan bahwa T-DNA dapat digabungkan ke dalam spesies monokotil. Untuk bakteri yang tahan terhadap Agrobacter dilakukan dengan menggunakan pistol gen, yaitu dengan cara menembakkan logam kecil yang diselubungi DNA ke embrio sel tumbuhan, di sini inti sel tumbuhan tetap bisa membidik kloroplas. Kelebihan dari teknik ini adalah dapat menghasilkan tanaman dengan sifat yang sesuai dengan keinginan (Amin, 2009 : 24).
5. Teknik Kultur Invitro
Kultur invitro merupakan salah satu teknik yang dapat dilakukan untuk meningkatkan keragaman genetik tanaman, antara lain dengan keragaman somaklonal (Pedrieri, 2001). Menrut Ahlowalia (1986), perubahan genetik dapat terjadi selama periode kultur invitro atau karena adanya adan ya sel-sel sel -sel yang mengalami mutasi. Pemanfaatan
13
lain teknologi tersebut untuk pengadaan bibit pada awalnya berdasarkan hasil percobaan Morel tahun 1960 pada anggrek Cymbidium. Langkah-langkah Langkah-langkah kultur invitro
Dalam waktu yang singkat dari bahan tanaman yang sangat terbatas dapat dihasilkan bibit dalam jumlah yang banyak dan memiliki sifat yang sama dengan induknya. Keberhasilan tersebut mendorong dimanfaatkannya invitro sebagai teknologi perbanyakan yang banyak memberikan keunggulan daripada teknologi konvensional. Walaupun demikian terdapat beberapa kendala yang sering dihadapi dalam aplikasinya yaitu: a. Keberhasilan teknik ini pada tanaman tahunan berkayu masih rendah sehingga aplikasinya masih terbatas pada jenis tanaman tertentu saja. b. Kapasitas regenerasi menurun bila sering melakukan pembaharuan c. Penurunan integritas genetik pada bibit yang dihasilkan d. Persentase keberhasilan aklimatisasi (terutama pada tanaman tahunan berkayu) relatif masih rendah e. Adanya patogen internal (khususnya pada tanaman tahunan berkayu) yang sulit dihilangkan f. Diperlukan tenaga kerja yang intensif, terdidik, serta mempunyai keterampilan khusus g. Diperlukan modal awal yang cukup tinggi
14
Pierik
dalam
Nurwandani,
Paristiyanti
(2008)
menyatakan
bahwa
perbanyakan melalui kultur invitro dapat dapat dikatakan berhasil bila memenuhi beberapa kriteria sebagai berikut: a. Tidak merubah sifat genetik pohon induk b. Seleksi kuat pada bahan tanaman yang akan digunakan sebagai eksplan agar bebas penyakit c. Teknik perbanyakan yang tidak terlalu rumit d. Kemampuan regenerasi yang tetap tinggi, dan e. Ekonomis Pada tanaman semusim (berdinding lunak), masalah regenerasi umumnya tidak menjadi masalah. Faktor pertunasan yang tinggi dapat tercapai dengan penggunaan formulasi media tertentu. Berbeda dengan tanaman tahunan berkayu, banyak faktor yang menghambat menghambat proses regenerasi, antara lain: a. Daya meristematis yang rendah b. Tingkat oksidasi fenol yang tinggi c. Jaringan sklerenkhima d. Kandungan inhibitor organik yang tinggi e. Kurangnya faktor perakaran f. Kandungan lignin yang tinggi, dan g. Gugurnya tunas daun yang lebih dini (Lestari, (Lestar i, 2010).
C. PERAN BIOTEKNOLOGI DALAM PERTANIAN
1. Kultur Jaringan
Teknologi kultur jaringan yang merupakan kemajuan besar dalam bidang pertanian. Kultur jaringan adalah pembuatan bibit dan perbanyakannya perbanyakannya menggunakan permainan komposisi media. Yang digunakan digunakan bisa segala sumber organ tumbuhan mulai dari biji, daun, tunas, dsb jadi lebih luas dari teknologi pembibitan konvensial dengan stek. Yang dimanipulasi adalah sel s el penyusun organ itu untuk berubah menjadi tanaman sempurna melalui hormon-hormon dalam media yang digunakan. Jadi ini adalah bioteknologi tingkat tua, bukan bioteknologi modern. Kultur jari ngan tanaman merupakan teknik in vitro (dalam gelas) yang merupakan cara untuk memperbanyak
15
tanaman dengan pengambilan bagian tanaman yang mempunyai titi k tumbuhnya. Contoh sederhana pada pisang, bila di ambil cambium atau ujun-ujung akarnya, lalau di perlakukan dalam gelas dalam laboratorium, kemudian bagian bagian itu akan membelah sendiri dan setiap belahanya akan menghsilkan tanaman baru. Intinya asalakan pada tanaman itu ada titik tumbuh atau yang disebut jaringan meristematik, tanaman tersebut bisa diperbanyak (Pedrieri, 2001).
2. Tanaman Tahan Antibiotik Kanamisin
Rekayasa genetika di bidang tanaman pertanian dilakukan dengan mentransfer gen asing ke dalam tanaman. Teknologi yang dikembangkan adalah teknologi plasmid. Plasmid dan bakteri Agrobacterium tumefaciens yang sudah disisipi gen asing yang resisten terhadap antibiotic kanamisin (plasmid hasil rekayasa) dibiakkan agar menduplikasikan diri, baru kemudian disisipkan pada kromosom tumbuhan. Pada kromosom tumbuhan transgenik sekarang sudah mempunyai sifat resisten terhadap antiotik kanamisin sehingga mampu tumbuh dan berkembang dengan baik (Nasir, 2002: 26). 3. Tanaman Penghasil Pestisida
Rekayasa genetika lainnya pada tanaman pertanian dapat dilakukan pada tumbuhan kapas dengan menyisipkan gen dari Bacillus thuringiensis. Gen yang disisipkan mempunyai sifat dapat membunuh larva dari berbagai insekta. Gen bakteri ini mengkode protein Cry, di mana protein Cry yang diproduksi oleh tanaman akan dapat menghasilkan racun di dalam saluran pencernaan Insekta. Gen dari bakteri ini dapat dikloning dari plasmidnya dan ditransfer ke tanaman, sehingga tanaman transgenic yang dihasilkan menjadi kebal terhadap serangan insekta. Dengan demikian gen yang disisipkan pada tanaman kapas akan menghasilkan racun yang dapat membunuh Insekta ordo Lepidoptera. Selain dari plasmid Bacillus thuringiensis gen penghasil protein Cry yang berfungsi sebagai pestisida biologi dapat juga dikloning dari dari bakteri Bacillus subtilis dan Esherichia colli (Nasir, 2002: 28).
4. Tanaman Transgenik
Rekayasa genetika dapat diakukan pada berbagai jenis tanaman, dan menghasilkan tanamanan dengan variasi gen yang terpola sesuai yang dikehendaki manusia. Tanaman
16
yang demikian disebut tanaman transgenik. Tanaman transgenik merupakan tumbuhan yang memiliki sifat baru yang sebelumnya tidak dimiliki oleh tumbuhan tersebut, sebagai hasil penambahan gen yang berasal dari organisme lain. Jadi tanaman transgenik itu memiliki sifat yang berbeda dari tanaman aslinya, perbedaan sifat itu disebabkan oleh adanya gen asing yang berperan dalam tanaman tersebut. Gen asing itu berada dalam tanaman transgenik karena telah sengaja dimasukkan ke tanaman tersebut. Tanaman transgenic telah dikembangkan di Indonesia. Keberadaan tanaman transgenik di Indonesia ternyata terus berkembang pesat melalui pusat-pusat penelitian dan karantina tanaman. a. Tanaman Transgenik Toleran Salin Dengan teknologi kultur jaringan telah dapat dikembangkan tanaman transgenik toleran salin. Rekayasa genetika mentransfer gen dari padi liar yang toleran terhadap salin ke padi yang biasa digunakan sebagai bahan pangan melalui fusi protoplasma. Dapat juga ditransfer dari sejenis jamur yang tahan salin kepada tanaman yang akan dijadikan tanaman transgenik. Beberapa tomat, melon, dan barley transgenik yang toleran dengan salin. b. Tanaman Transgenik Tahan Kekeringan Tanaman tahan kekeringan memiliki akar yang sanggup menembus tanah kering, kutikula yang tebal mengurangi kehilangan air, dan kesanggupan menyesuaikan diri dengan garam di dalam sel. Tanaman toleran terhadap kekeringan ditransfer dari gen kapang yang mengeluarkan enzim trehalose. Tembakau salah satu tanaman transgenik yang dapat toleran dengan suasana kekeringan. Mekanisme ketahanan tanaman terhadap kekeringan dibedakan menjadi tiga kategori, yaitu ‘drought escape’ atau lolos dari kekeringan, ‘dehydration postponment’ atau penundaan terhadap proses dehidrasi, dan ‘dehydration tolerance’ atau toleransi terhadap proses dehidrasi (Turner, 2003). Pada saat terjadi kekeringan, akan terjadi perubahan metabolisme dalam akar tanaman yang menghasilkan
signal-signal
biokimia
pada
tunas
dan
secara
otomatis
menyebabkan penurunan kecepatan tumbuh, konduksi stomata, fotosintesis, dan tekanan osmotik dalam jaringan/sel tanaman (Bressan, 1998). Salah satu mekanisme alami yang melindungi sel-sel tanaman dari ancaman kekeringan,
17
salinitas, suhu rendah dan factor stres lainnya adalah akumulasi asam amino dan amida, serta gula yang berperan dalam meningkatkan tekanan osmotik sel (Bohnert et al., 1995). Kuznetsov et al. (1999) melaporkan bahwa akumulasi asam amino asparagin, prolin dan arginin dalam sel tanaman kapas meningkat sebagai reaksi terhadap suhu tinggi dan defisiensi air. Aspek-aspek tersebut merupakan indikator terjadinya perubahan metabolism nitrogen. Peningkatan prolin selain berkorelasi dengan defisiensi air, juga berkorelasi dengan salinitas (Kuznetsov and Shevyakova, 1997). Ketahanan tanaman terhadap kekeringan secara umum dipengaruhi oleh hormon ABA yang berperanan dalam mediasi pengendalian aktivitas stomata. Produksi hormon tersebut disandi oleh gen ERA1, sehingga penghambatan aksi gen tersebut menyebabkan tanaman menjadi sangat sensitif terhadap kekeringan. Sebaliknya dengan menutup ekspresi gen tersebut, maka stomata akan tertutup sehingga kehilangan air tanaman dapat dikendalikan dan tanaman mampu tetap bertahan dalam kondisi kekeringan (Pei et al., 1998; 1998; Cellier et al., 1998). c. Tanaman Transgenik Resisten Hama Tanaman tembakau untuk pertama kali merupakan tanaman transgenic pertama yang menggunakan m enggunakan gen Bt toksin, disusul famili tembakau, yaitu tomat dan kentang. Dengan sinar ultraviolet gen penghasil insektisida pada tanaman dapat diinaktifkan. Jagung juga telah direkayasa dengan menggunakan gen Bt toksin, tetapi diintegrasikan dengan plasmid bakteri Salmonella parathypi, yang menghasilkan gen yang menonaktifkan ampicillin. Pada jagung juga direkayasa adanya resistensi herhisida dan resistensi insektisida sehingga tanaman transgenik jagung memiliki berbagai jenis resistensi hama tanaman. Bt toksin gen juga direkayasa ke tanaman kapas bahkan multiple-gene dapat direkayasa genetika pada tanaman transgenik. Toksin yang diproduksi dengan tanaman transgenik menjadi nonaktif apabila terkena sinar matahari, khususnya sinar ultraviolet. Sejumlah tanaman transgenik toksin Bt telah berhasil diproduksi, antara lain kapas (Bt toksin terhadap cutton boll worm, produksi Monsanto, St. Louis, Missouri, Amerika Serikat; kini diuji coba secara terbatas di Sulawesi Selatan), kentang (Bt toksin terhadap Colorado bettle, produksi Mycogen, San Diego,
18
California, Amerika Serikat), jagung (Bt toksin terhadap pengerek batang European, produksi Ciba Seed, Greensboro, California Utara, Amerika Serikat. d. Tanaman Transgenik Resisten Penyakit Dalam percobaan kloning “Bintje” yang mengandung gen thionin dari daun barli (DB4) yang memakai promoter 35S cauliflower mosaic virus (CaMV), dengan mengikutsertakan Bintje tipe liar yang sangat peka terhadap serangan Phytophthora infestans sebagai k ontrol, ontrol, menunjukkan bahwa klon “Bintje” dapat mengekspresikan gen DB4. Jumlah sporangium setiap nekrosa yang disebabkan oleh P. infestans mengalami penurunan lebih dari 55% jika dibandingkan dengan tipe liar. Pendekatan ini sangat bermanfaat untuk menekan perkembangbiakan P. infestans sehingga kerugian secara ekonomi dapat direduksi. Perkembangan yang menggembirakan juga terjadi pada usaha untuk memproduksi tanaman transgenik yang bebas dari serangan virus. Dengan memasukkan gen penyandi protein selubung {coat protein) Johnsongrass mosaic potyvirus (JGMV) ke dalam suatu tanaman diharapkan tanaman tersebut menjadi resisten apabila diserang oleh virus yang bersangkutan. Potongan cDNA dari JGMV, misalnya dari protein selubung dan protein nuclear inclusion body (Nib) dengan kontrol promotor 35S CaMV, mampu diintegrasikan pada tanaman jagung dan diharapkan akan dihasilkan jagung transgenik yang bebas dari serangan virus (Sitepoe, 2001: 47).
5. Peran Bioteknologi Pertanian Modern Terbaru
Adapun contoh-contoh aplikasi bioteknologi modern sat sekarang ini. Beberapa jenis tanaman unggul baru yang dibuat dengan pemanfaatan bioteknologi bioteknologi adalah sebagai berikut: 1. Padi Golden Rice Padi merupakan tanaman pangan utama dunia. Dengan demikian padi menjadi prioritas utama dalam bioteknologi. Selain padi, tanaman pangan yang telah banyak mendapat sentuhan bioteknologi adalah kentang. Penerapan bioteknologi pada tanaman padi sebenarnya telah lama dilakukan. Salah satu produknya adalah pari jenis golden rice yang dikenalkan pada tahun 2001. Diharapkan padi jenis ini dapat membantu jutaan orang yang mengalami kebutaan dan kematian dikarenakan kekurangan vitamin A dan besi. Vitamin
19
A sangat penting untuk penglihatan, respon kekebalan, perbaikan sel, pertumbuhan tulang, reproduksi, hingga penting untuk pertumbuhan embrionik. Nama Golden Rice diberikan karena butiran yang dihasilkan berwarna kuning menyerupai emas karena mengandung karotenoid. Rekayasa genetika merupakan metode yang digunakan untuk produksi Golden Rice. Hal ini disebabkan karena tidak ada plasma nutfah padi yang mampu untuk mensintesis karotenoid. 6. Kentang Russet Burbank Teknik bioteknologi saat ini telah banyak digunakan dalam produksi kentang. Baik dalam teknik penyediaan bibit, pemuliaan kentang, hingga rekayasa genetika untuk meningkatkan sifat-sifat unggul kentang. Dalam hal penyediaan bibit, saat ini teknik kultur jaringan telah banyak digunakan. Teknik kultur jaringan me-mungkinkan petani mendapatkan bibit dalam jumlah besar yang identik dengan induknya. Contoh varietas kentang baru adalah kentang Russet Burbank yang memiliki kandungan pati yang tinggi yang dapat menghasilkan kentang goreng dan kripik kentang dengan kualitas yang lebih baik karena menyerap lebih sedikit minyak ketika digoreng. 7. Tomat FlavrSavr Teknologi rekayasa genetika juga telah diaplikasikan pada tanaman hortiklutura. Sebagai contoh yang cukup terkenal adalah tomat FlavrSavr, yaitu jenis tomat yang buah matangnya tidak lekas rusak/membusuk. Hal ini sangat berbeda dengan tanaman tomat lain, di mana buah yang matang cepat menjadi rusak. Sifat tomat FlavrSavr ini sangat berguna dalam pengiriman buah ke tempat yang jauh sebelum tiba di tangan konsumen. 8. Tembakau Rendah Nikotin Salah satu dari sekian banyak kerugian merokok adalah gangguan kesehatan karena kadar nikotin ni kotin yang tinggi. Pendekatan bioteknologi dilakukan untuk mengatasi permasalahan ini yaitu dengan merakit tanaman tembakau yang bebas kandungan nikotin. Pada tahun 2001 jenis tembakau ini diklaim dapat mengurangi resiko serangan kanker akibat merokok. Selain bebas nikotin, sentuhan bioteknologi lain juga dilakukan untuk tanaman tembakau
20
misalnya dengan meningkatkan aroma menggunakan gen aroma dari tanaman lain. Salah satu yang telah berhasil adalah mengabungkannya dengan aroma buah lemon.
D. KELEBIHAN DAN KELEMAHAN BIOTEKNOLOGI DALAM BIDANG PERTANIAN Peran bioteknologi pertanian sangat banyak manfaatnya, mulai dari segi keunggulan produk yang dihasilkan maupun dari segi keefekifan dalam menanam serta banyak manfaat lainnya, manfaat-manfaat itu diantaranya adalah sebagai berikut: 1)
Menghasilkan keturunan dengan sifat yang unggul.
2)
Meningkatkan pertumbuhan dan perkembangan tanaman serta melipatgandakan melipatgandakan hasil pertanian
3)
Menghasilkan produk agribisnis yang berdaya saing tinggi.
4)
Terciptanya tanaman yang tahan dalam berbagai hama serta kondisi.
5)
Terciptanya tanaman yang dapat membuat pupuknya sendiri.
6)
Mengurangi pencemaran lingkungan serta menekan biaya produksi.
7)
Memudahkan petani dalam proses budidaya tanaman Selain itu, keefektifan memberikan banyak manfaat, bioteknologi pertanian
juga memiliki beberapa kelemahan, kelemahan-kelemahan itu diantaranya adalah: 1)
Terjadinya silang luar akibat adanya penyebaran pollen dari tanaman transgenik ke tanaman lain.
2)
Adanya efek kompensasi.
3)
Muncul hama target yang tahan terhadap insektisida.
4)
Munculnya efek samping terhadap hama nontarget.
5)
Biaya untuk memuatnya relatif tinggi.
6)
Membutuhkan teknologi yang tinggi, sehingga dalam perakitannya diperlukan orang-orang yang memiliki keahlian khusus.
7)
Pencemaran biologi yang dapat lebih berbahaya daripada pencemaran kimia dan
nuklir 8)
Dapat memunahkan varietas aslinya jika tidak dijaga kelestariannya
9)
Merugikan petani kecil
21
BAB III PENUTUP RANGKUMAN
Bioteknologi pertanian merupakan salah satu cabang ilmu yang penting dalam pengembangan bioteknologi yang diarahkan untuk pemenuhan kebutuhan manusia akan pangan. Penerapan bioteknologi pada bidang pertanian bertujuan untuk memperoleh varietas unggul suatu tanaman, meningkatkan hasil panen dan kualitas produk, serta daya tahan suatu tanaman terhadap berbagai jenis penyakit.
Bioteknologi di bidang pertanian difokuskan pada agen biologi yang berupa tumbuhan budidaya yang menhasilkan bahan makanan dan sandang.
Teknologi yang dikembangkan dalam bioteknologi pertanian adalah rekayasa genetik dengan bantuan mikroorganisme (bakteri), bias juga alga
Metode yang digunakan dalam bioteknologi pertanian dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya adalah Seleksi perkawinan konvensional dan hibridisasi, Kloning (menumbuhkan tanaman dari sel tunggal), Fusi protoplas, Teknik potongan daun (leaf fragment technique) dan Teknik kultur invitro.
Peranan bioteknologi pertanian sangatlah banyak namun secara garis besar dan yang telah umum diketahui yaitu dapat digolongkan menjadi 4 macam yaitu 1. Kultur jaringan, 2. Tanaman tahan antibiotic kanamisin, 3. Tanaman penghasil pestisida, 4. Tanaman Transgenic. Peranan yg pertama yaitu kultur jaringan hanya dengan menggunakan metode yang relative sederhada dengan memotong bagian yang bersifat meristematik. Selanjutnya untuk 3 peranan yang lain telah menggunakan metode genetic misalnya untuk tanaman transgenic tahan salin atau kadar garam menggunakan gen dari padi liar menggunakan fusi protoplasma.
Bioteknologi pertanian memberikan banyak manfaat, manfaat-manfaat itu diantaranya
adalah
unggul, meningkatkan
sebagai
berikut:
pertumbuhan
dan
menghasilkan
varietas
yang
perkembangan
tanaman
serta
melipatgandakan hasil pertanian, menghasilkan produk agribisnis yang berdaya saing tinggi, terciptanya tanaman yang tahan dalam berbagai hama serta kondisi, terciptanya tanaman yang dapat membuat pupuknya sendiri, dan mengurangi pencemaran lingkungan serta menekan biaya produksi.
22
Bioteknologi pertanian terdapat kelemahannya, adapun dampak negatif yang dapat ditimbulkan adalah adalah terjadinya silang luar akibat adanya penyebaran penyebaran pollen dari tanaman transgenik ke tanaman lain, adanya efek kompensasi, muncul hama target yang tahan terhadap insektisida, munculnya efek s amping terhadap hama nontarget, biaya untuk untuk memuatnya memuatnya relatif tinggi, tinggi, membutuhkan membutuhkan teknologi teknologi yang tinggi, sehingga sehingga dalam perakitannya diperlukan orang-orang yang memiliki keahlian khusus serta dapat memunahkan varietas aslinya jika tidak dijaga kelestariannya
23
DAFTAR PUSTAKA
Ahlowalia, B. S. 1986. Limitation to the use of Somaclonal Variation in Corp Improvement. P. 14-27. In. J. Serial (Ed.). Somaclonal variation and corp improvement. Martinus Nijhoff Publisher. USA. Amin, Mohamad. 2009. Pengantar 2009. Pengantar Bioteknologi Dan Prinsip-Prinsip Dasar DNA Rekombinan. Rekombinan. Malang: FMIPA UM. Bohnert H.J., D.E. Nelson, and R.G. Yensen. 1995. Adaptation to Environmental Stress. Plant Cell 7: 1099-1111. Bressan, R.A. 1998. Stress Physiology. In L. Taiz and E. Zeiger Eds. Plant Physiology. Sinauer Associates Inc. MA. p. 725-734. Hobbelink, henk.1988. Bioteknologi Bioteknologi dan Pertanian Dunia Ketiga. Jakarta J akarta : Yayasan Ya yasan Obor Indonesia. Kuznetsov, V.V., V.Y. Rakitin, and V.N. Zholkevich. 1999. Effects of Preliminary Hea Shock Treatment on Accumulation of Osmolytes and Drought Resistance in Cotton Plants during Water Defisiency. Defisienc y. Physiologia Plantarum 107: 399-406. Lestari, Endang Gati. 2010. Perbaikan 2010. Perbaikan Tanaman Melalui Melalui Kultur in Vitro. Vitro. (Online). (http://www.scribd.com/doc/13452322/Perbaikan-Tanaman-Melalui-Kultur-inVitro, diakses Vitro, diakses tanggal 08 Maret 2015). Nasir, M. 2002. 2002. Bioteknologi Bioteknologi Molekuler Teknik Teknik Rekayasa Generika Tanaman. Tanaman. Bandung: Bandung: PT. Citra Aditya Bakti. Nurwandani, Pristiyanti. 2008. 2008. Teknik Pembibitan Tanaman dan Produksi Benih . Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional. Pedrieri, S. 2001. Mutation Induction and Tissue Culture and Improving fruits, Plant Cell, Tissue, and Organ Culture. 64: 185-210. Pei, Z.W., M. Ghassemian, C.M. Kwak, P. Mccourt, and P. Schroder Jr. 1998. Role of Famesyltransferase in ABA Regulation of Guard Cell Anion Channels and Plant Water Loss Science 282: 287-290. Sitepoe M., 2001. Rekayasa Genetika. Jakarta: Grasindo. Turner, N.C. 2003. Drought Resistance: A Comparison of Two Research Frameworks. In N.P. Saxena Ed. Ed. Management Management of of Agricultural Agricultural Drought.FAO-ICRISAT. Drought.FAO-ICRISAT. India. p. 89-102.
24
25
