TOPIK :BIOTEKNOLOGI

& HYDROPONICS

ApaApa ituitu BioteknologiBioteknologi??Bioteknologi berasal dari kata:

Bios hidup; Teuchos alat; Logos ilmu

Bioteknologi:

Penggunaan organisme atau sistem hidup untukmemecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkanproduk yang berguna.

Atau

Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidupatau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkanatau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuantumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganismeuntuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupanmanusia.

Sejarah Perkembangan BioteknologiTahun Perkembangan/Penemuan

1917 Karl Ereky memperkenalkan istilah bioteknologi

1943 Penisilin diproduksi dalam skala industri

1944 Avery, MacLeod, McCarty mendemonstrasikanbahwa DNA adalah bahan genetik

1955 Watson & Crick menentukan struktur DNA

1961 Jurnal Biotechnology and Bioengineeringditetapkan

1961-1966 Seluruh sandi genetik terungkapkan

1970 Enzim restriksi endonuklease pertama kali diisolasi

1972 Khorana dan kawan-kawan berhasil mensintesasecara kimiawi seluruh gen tRNA

1973 Boyer dan Cohen memaparkan teknologi DNA rekombinan

1975 Kohler dan Milstein menjabarkan produksiantibodi monoklonal

1976 Perkembangan teknik-teknik untuk menentukansekuen DNA

1978 Genetech menghasilkan insulin manusia dalamE.coli

1980 US Supreme Court: Mikroorganisme hasilmanipulasi dapat dipatenkan

1981 Untuk pertama kalinya automated DNA synthesizers dijual secara komersial

1981 Untuk pertama kalinya kit diagnostik berdasarantibodi disetujui untuk dipakai di Amerika Serikat

1982 Untuk pertama kalinya vaksin hewan hasilteknologi DNA rekombinan disetujui pemakaiannyadi Eropa

1983 Plasmid Ti hasil rekayasa genetik dipakai untuktransformasi tanaman

1988 US Patent diberikan untuk mencit hasil rekayasagenetik sehingga rentan terhadap kanker (untukpenelitian tumor)

1988 Metode Polymerase Chain Reaction dipubliikasi

1990 USA: Telah disetujui percobaan Terapi gen selsomatik pada manusia

1997 Kloning hewan (domba Dolly) dari sel dewasa (selkambing)

2000 Pro dan kontra tanaman transgenik di Indonesia. Kapas transgenik ditanam di Sulawesi Selatan

2001 Konstruksi monyet transgenik (ANDi) yang mengandung gen GFP dari sejenis ubur-ubur

Teknik-teknik dalam Bioteknologi

☼ Fermentation

☼ Analisis Genetik

☼ Seleksi dan Pemuliaan

☼ Analisis DNA

☼ Kultur Sel dan Jaringan

☼ Rekayasa Genetik atau DNA Rekombinan

Fermentation

Menggunakan mikroba untukmengubah suatu senyawa sepertipati atau gula menjadi senyawalain seperti etanol

Digunakan pada:

☺ Bioteknologi klasik

☺ Industri farmasi

☺ Biopulping

☺ Bahan bakar

☺ Bioplastik

Analisis Genetik

Mempelajari bagaiman sifat/karakter atau gene diwariskan dari generasi ke generasi dan bagaimanagen dan lingkungan berinteraksi untuk menghasilkansuatu sifat

Dapat digunakan untuk:

Diagnosis

Pertanian

Bahan bakar

Seleksi dan Pemuliaan

Manipulasi mikroba, tanaman atau hewan danpemilihan individu atau populasi yang diinginkansebagai stok genetik untuk perbaikan generasi baru

Dapat digunakan untuk:

Bioteknologi klasik (fermentasi)

Produksi bahan pangan

Bioplastik

Analisis DNA

PCR (Polymerase chain reaction) dapat membuatcopy segmen DNA

RFLP Mapping mendeteksi keberadaan suatu genpada DNA

Dapat digunakan untuk:

Diagnosis suatu penyakit

Konseling genetik

Terapi gen

Kapas

Kultur Sel dan Jaringan

Menumbuhkan tanaman atau jaringanhewan atau sel secara steril di dalamtabung reaksi atau tabung gelaslainnya

Dapat digunakan untuk:

Perbanyakan tanaman

Produksi tanaman transgenik

Produksi bahan kimia

Penelitian kedokteran

Kedelai

Rekayasa Genetika

Trasfer segmen DNA dari suatu organisme ke DNA organisme lain. Kedua organisme tersebut dapattidak saling berkerabat satu sama lain

Dapat digunakan untuk:

◙ Produksi bahan pangan

◙ Industri farmasi

◙ Konseling genetik

◙ Terapi gen

----------------------------------------------------------------------------------------------------Parameter Pemuliaan Selektif Rekayasa Genetika----------------------------------------------------------------------------------------------------

Tingkat Organisme utuh Sel atau molekul

Ketepatan Sekumpulan gen Satu gen tunggal

Kepastian Perubahan genetik Perubahan bahansulit atau tidak genetik dikarakterisasimungkin dikarakterisasi dengan baik

Batasan taksonomi Hanya dapat dipakai Tidak ada batasandalam satu spesies taksonomiatau satu genus

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Perbedaan antara pemuliaan selektif dan rekayasa genetika

Bioteknologi Molekular

Didorong oleh pengetahuan tentang biologi sel danmolekular

Memanipulasi suatu organisme pada taraf selular danmolekular (rekayasa genetika dan biologi molekular)

Hasil manipulasi dapat diprediksi dan diarahkan denganketepatan yang lebih tinggi

Dapat mengkonstruksi galur/varietas baru dengan bahangenetik tambahan yang tidak pernah ada pada galurasalnya

Sel prokariot atau eukariot dapat digunakan sebagai“pabrik biologis”

Porduksi senyawa sekunder

Penggabungan antara teknologi DNA rekombinandengan bioteknologi melahirkan suatu bidang studiyang sangat dinamis dan kompetitif yang disebutBioteknologi Molekuler

Industri bioteknologi molekuler adalah industri yang berbasis riset (research-based industry)

Melibatkan berbagai disiplin ilmu.

Bioteknologi dikembangkan dan disempurnakan olehpakar-pakar mikrobiologi industri dan rekayasa kimia

Pengembangan komponen teknologi DNA rekombinan sangat tergantung pada penemuan-penemuan dalam ilmu dasar seperti biologimolekuler, genetika, biokimia, dan mikrobiologi

Kegunaan Bioteknologi bagi KehidupanManusia

Pertanian – “GM Food”

Bioteknologi kelautan dan akuakultur

Bioteknologi lingkungan

Manufaktur dan bioproses

Kedokteran

Industri obat-obatan

Terapi gen untuk penyakit genetik

“Human Embryonic Stem Cells” dan Kloning

Pertanian – “GM Food”

Peningkatan kualitas biji-bijian

Peningkatan kadar protein

Pembentukan tanaman resisten hama, penyakit, dan herbisida

Pembentukan tanaman toleran kekeringan, tanahmasam, suhu ektrem

Pembentukan tanaman yang lebih bernilai nutrisitinggi, seperti vit C, E dan β-karoten

Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam:

Bt Corn

RekayasaRekayasa genetikagenetika padapada hewanhewan

UpayaUpaya perbanyakanperbanyakan bibitbibit ternakternak padapada saatsaat iniini dengandenganteknikteknik kloningkloningDikenalDikenal 2 2 caracara perkembangbiakanperkembangbiakan hewanhewan dengandengan teknikteknikkloningkloning : : aseksualaseksual dandan seksualseksualKloningKloning aseksualaseksual : : selsel telurtelur dikeluarkandikeluarkan kemudiankemudiandimasukandimasukan selsel somatissomatis daridari jaringanjaringan apaapa sajasajaKloningKloning seksualseksual : : dilakukandilakukan dengandengan membelahmembelah embryo embryo padapada saatsaat tertentutertentu

Bioteknologi Kelautan dan Akuakultur

Bioteknologi dalam bidang kelautan/akuakultur dapatdimanfaatkan untuk memproduksi dan mengembangkan:

Farmasi

Enzim dan bahan-bahan biomolekul

Biopestisida

Peningkatan pertumbuhan, perkembangan, reproduksi dan nutrisi ikan

Bioteknologi Lingkungan

Restorasi ekologi

Diagnosis dan monitoring penyakit menular

Kontrol hama,penyakit dan gulma pada pertanian

Deteksi, monitor dan remediasi polutan

Skreening toksisitas

Konversi limbah ke energi

Bioteknologi dapat dimanfaatkan untuk mengatasi isulingkungan seperti:

Bioproses

Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam bioprosesmelalui kegiatan-kegiatan:

Produksi bioenergi: ethanol, methane, biodiesel

Biokatalis, enzim, asam organik dan pelarut

Produksi polimer

Farmasi, flavor, essense

Rekayasa metabolik

Industri obat-obatanHumulin – Insulin hasil rekayasa

genetik

Herceptin – antibodi monoklonal untukmengobati kanker payudara

Terapi gen untuk penyakit genetik

Kedokteran

Terapi penyakit genetik “cystic fibrosis”

“Human Embryonic Stem Cells” dan Kloning

Dolly domba hasil kloning

Transplantasi organ

Beberapa Isu Penting dalam PenerapanBiteknologi

• Bioetik

• Keamanan dan kekhawatiran

• Paten dari organisme hasil rekayasa genetik

• Penggunaan untuk terapi gen dan jaringan padamanusia

• Tanggung jawab sosial dari sain dalam bisnis

X

Monarch larvae on Butterfly weedMonarch larvae on Butterfly weed

Ketentuan tentang Pemanfaatan ProdukBioteknologi

Kep. Menteri Pertanian No. 856/Kpts/HK/330/9/1997,2 September 1997 tentang ketentuan KeamananHayati Produk Bioteknologi Pertanian HasilRekayasa Genetika :

1. Hewan dan bahan asal hewan transgenik2. Ikan dan bahan asal ikan transgenik3. Tanaman transgenik dan bagiannya4. Jasad renik transgenik

BERTANI SECARA HYDROPONICSHYDROPONICS :

Pengetahuan tentang carabertani/bercocok tanamtumbuhan dlm medium bukantanah dan menggunakan air sbg hara dan sbg medium pembawa campuran hara lain yg diperlukan utk pertumbuhantanaman secara optimal

HYDROPONICS HYDRO (air) + PONOS (kerja)

Dicetuskan oleh Dr. W. F. Gericke (1930)

Teknologi Hidroponik Sistem Terapung

Pakchoy Selada

SEJARAH SINGKAT

Hydroponics : konsep baru budidaya tanamanKonsep awal : zat apa pembentuk tumbuhandan apa yg membuat tanaman tumbuhJohn Woodward (1699) : tumbuhan perlu air dan zat hara utk tumbuhSachs (1860) & Knop (1861-5) dr Jermanmembuat campuran larutan hara esensialtanaman sintetik dlm air hydroponicsUnsur hara yg di(+)kan : N, P, S, Ca, Mg, K, FePenelitian lanjutan : Tollens (1882), Tottingham(1914), Shive (1915), Hoagland (1919), Trelease(1933), Arnon (1938), tentang berbagai formula, kondisi pertumbuhan, zat hara

Cara hydroponics banyak dipergunakanutk memproduksi bunga-bungaan, seperti‘carnation’, ‘gladioli’, ‘chrysantemum’

Hydroponics bunga-bungaan diusahakanoleh Amerika Serikat, Itali, Spanyol, Perancis, Inggris, Jerman, Swedia

Hydroponic sayuran diusahakan diJepang, Teluk Arabia, Israel, Indonesia

Keuntungan hydroponics :- Tidak perlu pemupukan- Tidak perlu pengolahan tanah- Tidak perlu rotasi tanaman- Hasil seragam- Bersih- Hasil tinggi- Tenaga kerja sedikit (efisien)- Lebih mudah dalam pemeliharaan- Lebih mudah dalam mengganti

tanaman baru bila diperlukan- Dapat merupakan tempat dan cara utk

memperbaiki mutu tanaman

TYPE HYDROPONICS

1. Kultur Air (water culture) : ‘true hydroponics’(Dr. Gericke)

2. Kultur tanpa tanah (soilless culture) atau KulturAgregat (aggregate culture) : menggunakanmedium padat utk tempat tumbuh tanaman.a. Kultur Pasir (sand culture) atau Vermiculite

cultureb. Kultur kerikil (gravel culture) – sub irrigation

Dikemukakan oleh Dr. A J Cooper dkk diGlasshouse Crops Research Institute, Inggristahun 1960-an

SUSUNAN LARUTAN HARA+AIR

Unsur Minimum(ppm)

Maksimum(ppm)

Optimum (ppm)

Nitrogen (N)Fosfor (P)Kalium (K)Kalsium (Ca)Magnesium (Mg)

Besi (Fe)Mangan (Mn)Tembaga (Cu)Boron (B)Seng (Zn)Molibdenum (Mo)

9030

20012040

2.00.10.010.10.020.01

20090

40024060

5.01.00.11.00.20.1

14060

30015050

4.00.50.050.50.10.02

BEBERAPA SUSUNAN LARUTAN HYDROPONICS KOMERSIAL

Formula 1

SenyawaSenyawa Gr/100 Gr/100 ltlt

KaliumKalium nitratnitratKalsiumKalsium nitratnitratMonokaliumMonokalium fosfatfosfatMagnesium Magnesium sulfatsulfat

2020808020202020

UnsurUnsur PpmPpm

NNPPKKCaCaMgMg

1251254545

1361361361362020

Formula 2. Musim Panas USA

SenyawaSenyawa Gr/100 Gr/100 ltlt

KaliumKalium nitratnitratKaliumKalium sulfatsulfat gypsum)gypsum)Magnesium Magnesium sulfatsulfatMonokalsiumMonokalsium fosfatfosfatAmoniumAmonium sulfatsulfat

1101107676525231311414

UnsurUnsur PpmPpm

NNPPKKCaCaMgMg

1801806363

4104102202205050

Formula 3. Musim Dingin USA

SenyawaSenyawa Gr/100 Gr/100 ltlt

KaliumKalium nitratnitratKaliumKalium sulfatsulfatKalsiumKalsium sulfatsulfatMagnesium Magnesium sulfatsulfatMonokalsiumMonokalsium fosfatfosfatAmoniumAmonium sulfatsulfat

555550507676525231311414

UnsurUnsur PpmPpm

NNPPKKCaCaMgMg

1041046363

4104102202205050

Formula 4. Inggris

SenyawaSenyawa Gr/100 Gr/100 ltlt

KaliumKalium nitratnitratNatriumNatrium nitratnitratAmoniumAmonium sulfatsulfatMonokalsiumMonokalsium fosfatfosfatMagnesium Magnesium sulfatsulfatKalsiumKalsium sulfatsulfat

555564641212444452528686

UnsurUnsur PpmPpm

NNPPKKCaCaMgMg

2002008888

2002002702705050

Formula 5. Musim Panas Afrika Selatan

Senyawa Gr/100 lt

Kalsium nitratMagnesium sulfatMonokalsium fosfatAmonium sulfatKalium Sulfat

13555471975

Unsur Ppm

NPKCaMg

2009433030550