0

MODUL - 3

DASAR BIOTEKNOLOGI TANAMAN

REGENERASI EKSPLAN

MELALUI ORGANOGENESIS

DAN EMBRIOGENESIS SOMATIK

Oleh:

Pangesti Nugrahani

Sukendah

Makziah

RECOGNITION AND MENTORING PROGRAM

PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAWA TIMUR

2011

1

KATA PENGANTAR

Dasar Bioteknologi Tanaman adalah mata kuliah wajib yang

diberikan kepada mahasiswa semester V pada Jurusan Agroteknologi

Fakultas Pertanian UPN Veteran Jawa Timur. Mata kuliah ini

dikembangkan melalui penguatan materi technopreneurship dengan

dukungan Recognition and Mentoring (RAM) Program Indonesia 2011.

Modul ini merupakan kelanjutan dari materi 2 yang telah dibahas

pada pertemuan sebelumnya. Materi 3 yang berisi tentang Regenerasi

eksplan melalui organogenesis dan embriogenesis somatik ini, dibahas

pada tatap muka minggu ke 3 perkuliahan selama 110 menit. Berbekal

pengertian dasar tentang miropropagasi in vitro yang telah diberikan

sebelumnya, diharapkan mahasiswa lebih mudah membaca modul 3 ini

serta lebih lancer dalam mengikuti perkuliahannya.

Disadari bahwa Modul ini belum sempurna, sehingga pada waktu

yang akan datang akan senantiasa diperbaharui dengan materi yang

disesuaikan dengan perkembangan ilmu pengetahuan. Semoga

bermanfaat.

Surabaya, September 2011

Penyusun

2

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

1. Modul ini tersedia pada E-Learning situs http://www.upn.ac.id

2. Bacalah materi pada modul sebelum perkuliahan dimulai

3. Buatlah catatan kecil tentang hal-hal yang ingin didiskusikan

4. Buatlah ringkasan materi sendiri

5. Jawablah pertanyaan atau kerjakan soal-soal pada bagian Uji

Kemampuan Diri

6. Selamat belajar, jangan lupa berdoa

3

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR 1

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL.. 2

TUJUAN INSTRUKSIONAL 4

I. PENDAHULUAN. 5

II. REGENERASI EKSPLAN MELALUI ORGANOGENESIS

DAN EMBRIOGENESIS SOMATIK . 6

a. PENGERTIAN SOMATIK DAN ZYGOTIK

EMBRIOGENESIS ...................................................... 6

b. PROSES MEMBENTUK SOMATIK

EMBRIO ..................................................................... 6

III. UJI KEMAMPUAN DIRI... 10

DAFTAR PUSTAKA .. 11

4

TUJUAN INSTRUKSIONAL

Tujuan Mata Kuliah Dasar Bioteknologi Tanaman:

Memberikan pemahaman dan wawasan tentang perkembangan

bioteknologi modern serta teknik dan aplikasinya dalam perspektif

teknopreneurship untuk peningkatan produksi dan perbaikan tanaman

serta pengembangan produk komersial

Tujuan Instruksional Khusus:

Mahasiswa memahami dan mampu:

a. Menjelaskan pengertian somatik embriogenesis

b. Membedakan antara somatik dan zygotik embriogenesis

c. Menjelaskan proses somatik embriogenesis

5

I. PENDAHULUAN

Metode perbanyakan tanaman secara in vitro dapat dilakukan

melalui tiga cara, yaitu melalui perbanyakan tunas dari mata tunas apikal,

melalui pembentukan tunas adventif, dan embriogenesis somatik, baik

secara langsung maupun secara tidak langsung melalui tahap

pembentukan kalus.

Jaringan yang digunakan sebagai eksplan dalam pengerjaan kultur

jaringan, dapat berupa jaringan meristem maupun jaringan parenkim.

Jaringan meristem adalah jaringan muda yang belum mengalami

diferensiasi dan masih aktif membelah (meristematik) sehingga memiliki

kemampuan regenerasi yang tinggi. Jaringan tipe pertama ini biasa

ditemukan pada tunas apikal, tunas aksiler, bagian tepi daun, ujung akar,

dan kambium batang. Tipe jaringan yang kedua adalah jaringan

parenkima yaitu jaringan penyusun tanaman muda yang sudah

mengalami diferensiasi dan menjalankan fungsinya. Contoh jaringan

tersebut adalah jaringan daun yang sudah berfotosintesis dan jaringan

batang atau akar yang berfungsi sebagai tempat cadangan makanan.

Eksplan atau bahan tanaman pada perbanyakan tanaman secara

in vitro ini akan mengalami perubahan, tumbuh dan berkembang

(regenerasi). Perkembangan selanjutnya akan melalui tahapan tertentu

yang sangat tergantung dari tipe eksplan dan media tanam yang

dipergunakan.

Ingat kembali tahapan dalam

kultur in vitro pada Modul 1

6

II. REGENERASI EKSPLAN MELALUI ORGANOGENESIS DAN EMBRIOGENESIS SOMATIK

2.1. PENGERTIAN

Perkembangbiakan atau regenerasi dalam kultur in vitro dapat

dilakukan melalui jalur organogenesis dan embriogenesis somatik, baik

secara langsung maupun tidak langsung malalui tahap kalus.

Embriogenesis somatik adalah menumbuhkan embrio (calon tanaman)

dari sel somatik atau sel tanpa dibuahi. Dapat juga didefinisikan sebagai

proses regenerasi eksplan melalui pembentukan struktur menyerupai

embrio (embrioid) dari sel somatik yang telah memiliki calon akar dan

tunas. Sedangkan embriogenesis zygotik merupakan suatu proses

dimana sel somatik berkembang membentuk tumbuhan baru melalui fusi

gamet (pembuahan).

Organogenesis merupakan proses pembentukan dan

perkembangan tunas dari jaringan meristem. Proses organogenik dimulai

dengan perubahan sel parenkim tunggal atau sekelompok kecil sel,

dimana selanjutnya membelah menghasilkan suatu masa sel globuler

atau meristemoid, besifat kenyal dan berkembang menjadi primordium

pucuk atau akar. Kejadian ini dapat terjadi langsung pada eksplan atau

tidak langsung melalui pembentukan kalus.

2.2. PROSES PEMBENTUKAN EMBRIO SOMATIK

Embrio somatik dapat terbentuk melalui dua jalur, yaitu secara

langsung maupun tidak langsung (melewati fase kalus). Keberhasilan

akan tercapai apabila kalus atau sel yang digunakan bersifat embriogenik

yang dicirikan oleh sel yang berukuran kecil, sitoplasma padat, inti besar,

vakuola kecil-kecil dan mengandung butir pati. Embrio somatik dapat

dihasilkan dalam jumlah besar dari kultur kalus, namun untuk tujuan

perbanyakan dalam skala besar, jumlahnya dapat lebih ditingkatkan

7

melalui inisisasi sel embrionik dari kultur suspensi yang berasal dari kalus

primer

Embrio somatic dapat dicirikan dari strukturnya yang bipolar, yaitu

mempunyai dua calon meristem, yaitu meristem akar dan meristem tunas.

Dengan memiliki struktur tersebut maka perbanyakan melalui embrio

somatik lebih menguntungkan daripada pembentukan tunas adventif yang

unipolar. Di samping strukturnya, tahap perkembangan embrio somatik

menyerupai embrio zigotik.

Pembentukan embrio somatik dapat digambarkan melalui beberapa

tahap, yaitu: Tahap globular (A), Tahap hati, Tahap torpedo (B), Tahap

kotiledon (C), Tahap kecambah, dan Tahap planlet

Gambar 1. Tahap perkembangan embrio somatik Sumber: Purnamaningsih (2003)

8

2.1. TEKNIK REGENERASI EKSPLAN MELALUI ORGANOGENESIS

Organogenesis langsung untuk perbanyakan tunas dapat diinisiasi

langsung dari tunas adventif. Pembentukan tunas secara langsung ini

tergantung pada bagian tanaman yang digunakan sebagai eksplan dan

jenis tanaman yang dikulturkan. Pada beberapa jenis tanaman tunas

adventif dapat terbentuk dari berbagai organ tanaman seperti daun,

batang, akar atau petal, sementara jenis tanaman lainnya hanya dari

organ tertentu seperti potongan umbi, embrio atau kecambah.

Perbanyakan tanaman melalui pembentukan tunas langsung dapat

dilakukan dengan tahap inisiasi yang dilanjutkan dengan multiplikasi

tunas. Ke dua tahap ini dapat terjadi pada medium yang sama tanpa

melalui pemindahan ke medium baru. Tahap multiplikasi juga merupakan

tahap pembentukan tunas adventif dan tunas aksiler yang tumbuh dari

mata tunas adventif bersama-sama.

Organogenesis tidak langsung untuk inisiasi tunas melalui kalus. Di

sini tunas adventif maupun akar akan terbentuk dengan diawali terjadinya

kalus. Kultur kalus memiliki potensial morfogenetik bervariasi. Kalus dari

beberapa jenis tanaman atau dari beberapa eksplan, sering gagal

beregenerasi membentuk tunas atau hanya membentuk akar.

Perbanyakan tanaman melalui kalus akan menghasilkan tanaman dengan

genetik yang bervariasi, dan ini sangat dikehendaki oleh pemulia tanaman

sebagai sumber keragaman genetic.

Regenerasi eksplan melalui organogenesis secara garis besar

dilakukan dalam dua tahap, yaitu induksi tunas dan multiplikasi tunas.

Pada saat induksi tunas, eksplan ditanam pada media induksi tunas. Jenis

media dan komposisi media untuk induksi tunas, disesuaikan dengan jenis

tanaman. Sebagai contoh, media induski tunas yang sesuai untuk

tanaman Puring adalah media dasar MS + BAP 1 mg/l, untuk tanaman

Sedap Malam berupa media dasar MS + BA 3 mg/l, sedangkan untuk

tanaman Sansivera adalah media dasar MS + BA 2 mg/l.

9

Untuk memacu multiplikasi tunas, maka eksplan harus dipindahkan

berulang-ulang (subkultur) pada media baru dengan kandungan sitokinin

yang tinggi. Diantara jenis sitokinin, BA merupakan sitokinin yang

mempunyai aktivitas yang paling kuat dengan tingkat persistensi yang

paling lama. Komposisi untuk multiplikasi tunas, juga sangat tergantung

dari jenis eksplan atau jenis tanamannya. Multiplikasi tunas sansivera

dapat dipacu dengan media MS + BA 2 mg/L, tanaman Puring dengan

media MS + BAP 3 mg/L, tanaman anturium media MS + BA 0.2 ppm,

dan tanaman sedap malam dengan media MS + BA 7 mg/L + glutamine

100 ppm.

2.2. TEKNIK REGENERASI EKSPLAN EMBRIOGENESIS SOMATIK

Sebagai eksplan umumnya digunakan jaringan atau organ yang

bersifat embriogenik seperti embrio zigotik, kotiledon, mata tunas, dan

hipo/epikotil Embriogenesis somatik pada tanaman kehutanan mempunyai

beberapa tahapan perkembangan yang spesifik, seperti induksi kalus

embriogenik atau embrio somatik (pembentukan langsung), pemeliharaan,

pendewasaan, perkecambahan, dan aklimatisasi. Pembentukan embrio

somatik secara langsung lebih disukai karena dapat menekan masalah

sulitnya pembentukan benih somatik pada tahap perkecambahan.

Keberhasilan regenerasi melalui embryogenesis somatik

dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain formulasi media yang

berbeda pada setiap tahap perkembangan embrio somatik serta jenis

eksplan yang digunakan. Pada tahap pembentukan struktur globular dan

hati sering digunakan zat pengatur tumbuh sitokinin seperti benzyladenin

(BA) atau yang mempunyai peran fisiologis yang sama yaitu thidiazuron

atau 2,4-D, dan NAA apabila embrio somatik melalui fase kalus. Untuk

tahap pendewasaan, konsentrasi sitokinin diturunkan dan untuk tahap

perkecambahan sering ditambahkan GA3

Embriogenesis mempunyai beberapa tahap spesifik, yaitu (1)

induksi sel dan kalus embriogenik, (2) pendewasan, (3) perkecambahan,

10

dan (4) hardening. Pada tahap induksi kalus embriogenik dilakukan isolasi

eksplan dan penanaman pada media tumbuh. Untuk induksi kalus

embriogenik kultur umumnya ditumbuhkan pada media yang mengandung

auksin yang mempunyai daya aktivitas kuat atau dengan konsentrasi

tinggi. Dari berbagai hasil penelitian menunjukkan bahwa 2,4-D

merupakan auksin yang efektif untuk induksi kalus embriogenik. Zat

pengatur tumbuh tersebut merupakan auksin sintetis yang cukup kuat dan

tahan terhadap degradasi karena reaksi enzimatik dan fotooksidasi. Di

samping auksin, sering pula diberikan sitokinin seperti benzil adenin (BA)

atau kinetin secara bersamaan. Tahap pendewasaan adalah tahap

perkembangan dari struktur globular membentuk kotiledon dan primordia

akar. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa tahap pendewasaan

adalah tahap yang paling sulit. Pada tahap ini sering digunakan auksin

dengan konsentrasi rendah.

Tahap perkecambahan adalah fase di mana embrio somatic

membentuk tunas dan akar. Pada media perkecambahan konsentrasi zat

pengatur tumbuh yang digunakan sangat rendah atau bahkan tidak

diberikan sama sekali.Tahap hardening, yaitu tahap aklimatisasi bibit

embrio somatic dari kondisi in vitro ke lingkungan baru di rumah kaca

dengan penurunan kelembaban dan peningkatan intensitas cahaya

Regenerasi melalui embriogenesis somatik memberikan banyak

keuntungan, antara lain: (1) waktu perbanyakan lebih cepat; (2)

pencapaian hasil dalam mendukung program perbaikan tanaman lebih

cepat; dan (3) jumlah bibit yang dihasilkan tidak terbatas jumlahnya.

III. UJI KEMAMPUAN DIRI

1. Jelaskan dengan singkat:

a) Pengertian Organogenesis

b) Pengertian Embriogenesis somatik

c) Tahap perkembangan embrio somatik

d) Perbedaan tahapan pertumbuhan eksplan melalui organogenesis

dengan embryogenesis somatic.

11

DAFTAR PUSTAKA

Kurnianingsih R, Marfuah, Matondang I. 2009. Pengaruh Pemberian BAP

(6-Benzyl Amino Purine) pada Media Multiplikasi Tunas Anthurium Hookerii Kunth. Enum. secara in Vitro. Vis Vitalis 02 (2): 23-30

Purnamaningsih R. 2003. Regenerasi Tanaman Melalui Embriogenesis

Somatik Dan Beberapa Gen Yang Mengendalikannya. Buletin Agrobio 5(2):51-58

Roostika I, Mariska I, Purnamaningsih R. 2005. Regenerasi Tanaman

Sedap Malam melalui Organogenesisi dan Embriogenesis Somatik. J.Hort. 15(4):233-241.

Sarmast MK, Salehi M, Salehi H. 2009. The Potential of Different Parts

of Sansevieria Trifasciata L. Leaf for Meristemoids Production. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 3(3): 2506-2509

Yusnita, Pungkastiani W, Hapsoro D. 2011. In Vitro Organogenesis of

Two Sansevieria Cultivars on Different Concentrations of Benzyladenine (BA). Agrivita 33 (2):147-153