Pokok Bahasan I : PRINSIP DASAR, SEJARAH PERKEMBANGAN DAN MANFAAT TEKNIK KULTUR JARINGAN

Pendahuluan

Tumbuhan dialam bebas sangat bervariasi dan kompleks dalam

melangsungkan siklus hidupnya. Untuk dapat mempertahankan generasinya

tumbuhan harus memperbanyak diri baik secara vegetatip ataupun generatip.

Perbanyakan generatip dimulai dari pertemuan antara gamet jantan dan gamet

betina dari tanaman induk. Peleburan kedua gamet tersebut menghasilkan

sebuah sel yang disebut zygot, zygot selanjutnya tumbuh dan berkembang

menjadi tumbuhan utuh. Sel-sel vegetatip tumbuhan seperti yang terdapat pada

akar, batang dan daun, secara alamiah juga mempunyai kemampuan yang mirip

dengan zygot, yaitu dapat berkembang menjadi tanaman utuh, sehingga

kelangsungan generasinya tetap terjaga. Kemampuan sel-sel vegetatip selain

zygot untuk berkembang menjadi tanaman utuh menjadi topik yang sangat

menarik perhatian para peneliti. Topik penelitian yang sangat menarik tersebut

dapat dilaksanakan dengan menggunakan teknik kultur jaringan.

Tujuan Instruksional Khusus:

Setelah mengikuti kuliah ini diharapkan mahasiswa akan dapat

menjelaskan prinsip dasar, pengertian, sejarah perkembangan serta manfaat

teknik kultur jaringan.

Subpokok Bahasan 1 : PRINSIP DASAR DAN PENGERTIAN TEKNIK KULTUR JARINGAN.

Pendahuluan

Salah satu pembeda sel tumbuhan dengan sel hewan adalah adanya

dinding sel pada sel tumbuhan. Dinding sel tumbuhan selain berfungsi memberi

bentuk pada sel juga sebagai barier mekanik yang mengisolasi sel-sel dengan

lingkungan luarnya. Pada kenyataannya sel satu dengan lainnya yang menyusun

jaringan, meskipun secara fisik dibatasi oleh membran plasma dan dinding sel,

tidak terisolasi dan masih dapat berhubungan lewat plasmodesmata (symplast).

Implikasi dari kenyataan tersebut adalah adanya kontinuitas sitoplasmatik, atau

dengan kata lain, informasi genetik yang terdapat dan berawal dari zygot tentulah

tersebar keseluruh sel-sel penyusun tubuh tumbuhan. Sel tumbuhan dengan

demikian haruslah mengandung seluruh informasi yang diperlukan untuk tumbuh,

berkembang, dan berkembang biak, sel demikian disebut totipoten.

Materi Subpokok Bahasan 1 Kultur jaringan adalah suatu metode untuk mengisolasi bagian-bagian

tanaman seperti sel, jaringan atau organ serta menumbuhkannya secara aseptis (suci hama) didalam atau diatas suatu medium budidaya sehingga bagian-

bagian tanaman tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi

tanaman lengkap kembali. Prinsip kultur jaringan terdapat pada teori sel yang

dikemukakan oleh dua orang ahli Biologi dari Jerman, M.J. Schleiden dan T.

Schwann. Secara implisit teori tersebut menyatakan bahwa sel tumbuhan bersifat

autonom dan mempunyai totipotensi. Sel bersifat autonom artinya dapat

mengatur rumah tangganya sendiri, disini yang dimaksud adalah dapat

melakukan metabolisme, tumbuh dan berkembang secara independen, jika

diisolasi dari jaringan induknya. Totipotensi diartikan sebagai kemampuan dari

sel tumbuhan (baik sel somatic / vegetativ maupun sel gametik) untuk

beregenerasi menjadi tanaman lengkap kembali.

Disamping kultur jaringan, kita juga mengenal istilah kultur in vitro

tanaman, istilah ini muncul karena sel, kelompok sel atau organ tanaman

tersebut tumbuh, berkembang dan beregenerasi secara aseptis pada medium

didalam wadah gelas (tabung) yang transparan. Istilah eksplan digunakan untuk

menyebutkan bagian kecil dari tanaman (sel, jaringan atau organ) yang

digunakan untuk memulai suatu kultur. Eksplan yang digunakan didalam kultur jaringan harus yang masih muda

(primordia), sel-selnya masih bersifat meristematis dan sudah mengalami proses

diferensiasi. Sel-sel mesofil dan stomata pada daun, kambium, korteks dsb

adalah bentuk-bentuk sel yang sudah mengalami diferensiasi. Pada primordia

daun misalnya, sel- sel yang sudah mengalami diferensiasi tersebut hanya perlu

membelah satu atau dua kali saja kemudian berhenti (dorman) selanjutnya akan

membentang. Pembelahan sel-selnya juga sudah diprogram untuk menghasilkan

sel yang sama misalnya, sel-sel mesofil hanya akan membelah dan

menghasilkan sel mesofil juga. Dengan cara mengisolasi dari tanaman induknya, sel-sel pada eksplan

yang tadinya dorman, dihadapkan pada kondisi stres. Kondisi ini akan mengubah

pola metabolisme, sel akan memulai siklusnya yang baru, selanjutnya akan

tumbuh dan berkembang didalam kultur. Respon yang terlihat pertama kali yaitu

terbentuknya jaringan penutup luka, sel-selnya terus membelah, jika

pembelahannya tidak terkendali akan membentuk massa sel yang tidak

terorganisir atau disebut kalus. Pembelahan sel-sel yang tidak terkendali

disebabkan karena sel-sel tumbuhan, yang secara alamiahnya bersifat autotrof,

dikondisikan menjadi heterotrof dengan cara memberikan nutrisi yang yang

cukup kompleks didalam medium kultur. Sel-sel kalus ini berbeda dengan sel-sel

eksplannya, sel-sel menjadi tidak terdiferensiasi, proses ini disebut

dediferensiasi (kembali kekeadaan tidak terdiferensiasi). Pada proses dediferensiasi sel-sel pada eksplan, yang tadinya dalam

keadaan quiescent atau dorman, diinduksi untuk aktip kembali melakukan

pembelahan. Induksi dediferensiasi dapat dilakukan dengan menambahkan zat

pengatur tumbuh dari kelompok auksin kedalam medium kultur, auksin sintetik

yang umum digunakan adalah 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) dengan

konsentrasi maksimum 2 mg/1. Auksin substitusi seperti picloram (4-amino-3,5,6-

trichloropyridine-2-carboxylic acid) dan dicamba (3,6-dichloro-o-anisic acid)

sering digunakan untuk induksi dediferensiasi tanaman berkayu. Sel-sel akan

terus membelah selama masih uipelihara didalam medium induksi. Zat-zat

pengatur tumbuh tersebut diatas diketahui berfungsi sebagai mutagenic agent.

Sel-sel yang dipelihara terlalu lama didalam medium induksi akan mengalami

mutasi, tetapi tidak kehilangan sifat totipotensinya. Laju pertumbuhan sel, jaringan atau organ tanaman didalam kultur akan

menurun setelah periode waktu tertentu, umumnya segera terlihat dengan

adanya gejala nekrosis pada eksplan. Hal ini disebabkan karena menyusutnya

kadar nutrien medium dan terbentuknya senyawa-senyawa racun yang

dilepaskan oleh eksplan disekitar medium. Untuk itu harus dilakukan sub-kultur yaitu pemindahan sel\sel-sel, jaringan atau organ kedalam medium baru. Tujuan

dilakukannya subkultur adalah untuk mempertahankan laju pertumbuhan sel-sel

tetap konstan dan untuk diferensiasi kalus. Medium baru yang digunakan dapat

sama atau berbeda dengan medium semula. Perkembangan selanjutnya adalah terjadinya morfogenesis, yaitu proses

terbentuknya organ-organ baru (de novo) yang kemudian akan tumbuh menjadi

tanaman utuh. Tanaman regenerasi yang dihasilkan dengan teknik kultur

jaringan disebut plantlet, pembentukan plantlet terjadi melalui dua proses yang

berbeda: a. Organogenesis yaitu diferensiasi meristem unipolar, menghasilkan ujung

tunas (shoot tip) yang akan menjadi tunas (caulogenesis) atau ujung akar

(root tip) yang akfn menjadi akar (rhizogenesis). Pada proses

organogenesis diperlukan dua tahap induksi, masing-masing

menggunakan medium dengan zat pengatur tumbuh yang berbeda.

Tahap pertama biasanya adalah induksi pembentukan tunas, proses

caulogenesis diinduksi dengan menambahkan zat pengatur tumbuh dari

golongan sitokinin kedalam medium kultur. Tahap yang kedua adalah

induksi pembentukan akar, proses rhizogenesis ini dikerjakan dengan

menambahkan zat pengatur tumbuh dari golongan auksin.

b. Embriogenesis somatik merupakan suatu proses diferensiasi meristem

bipolar yang berupa bakal tunas dan akar, dua meristem yang diperlukan

untuk pertumbuhan tanaman utuh. Embrio yang terbentuk selanjutnya

akan tumbuli dan berkembang menjadi tanaman utuh. Pertumbuhan dan

perkembangan embrionya berlangsung secara bertahap melalui proses

yang identik dengan proses embryogenesis zygotik, yaitu terbentuknya

struktur bipolar melalui tahapan bulat (globular), jantung (heart stage),

torpedo, dan akhirnya berkecambah menjadi plantlet.

Morfogenesis in vitro dapat terjadi secara langsung dan tidak langsung.

Secara langsung terjadi tanpa melalui tahapan kalus terlebih dahulu. Sel-sel

diinduksi langsung menjadi embriogenik, hal ini dapat dikerjakan dengan

menanam eksplan pada medium dengan kombinasi zat pengatur tumbuh dari

kelompok auksin dan sitokinin secara simultan. Penemuan terbaru menunjukan

bahwa perlakuan heat shock pada daun Chicorium hybrid 474, dapat

menginduksi sel-sel daun menjadi embriogenik. Pada sel gametik (mikrospora)

induksi menjadi embriogenik dilakukan dengan memberikan stres. Stres dapat

diberikan secara fisik berupa cold shock atau heat shock, dapat juga secara

khemis yaitu dengan mengkulturkan pada medium starvation (medium minimal

yang hanya terdiri dari garam-garam makro dan mannitol) atau dengan

memberikan stres osmotik. Sel-sel yang sudah terinduksi menjadi embriogenik

adalah identik dengan zygot, sehingga dapat melanjutkan petumbuhannya

menjadi embrio dan selanjutnya tanaman utuh. Morfogenesis secara tidak langsung umumnya melalui tahapan kalus

terlebih dahulu. Kalus yang lunak jika ditransfer kedalam medium cair akan

membentuk suspensi sel yang aktip tumbuh. Kultur sel adalah kultur dengan

menggunakan sel sebagai eksplan, eksplan berasal dari sel-sel yang sudah

mengalami dediferensiasi (kalus). Kalus yang digunakan sebagai eksplan pada

kultur sel disebut inokulum. Kultur sel dipelihara didalam medium cair yang

diinkubasi dengan atau tanpa penggojokan. Jika proses induksi

dediferensiasinya benar, maka gen-gen yang bertanggung jawab terhadap

totipotensi akan berfungsi, pembelahan sel-selnya menjadi terkendali,

membentuk sel-sel yang terorganisir (embryo). Embrio yang terbentuk adalah dari sel-sel somatik atau gametik dan

bukan dari zygot, embrio demikian disebut embrio adventip prosesnya disebut

embryogenesis somatic selanjutnya akan tumbuh dan berkembang menjadi

tanaman utuh melalui proses yang identik dengan proses embryogenesis

zygotic.

EKSPLAN ( Sel, jaringan, organ )

DEDIFERENSIASI

KALUS

EMBRIOGENETIK

EMBRIOGENESIS ORGANOGENESIS

CAULOGENESIS

RHIZOGENESIS

PLANTLET

Gambar 1 : Diagram perkembangan eksplan didalam kultur jaringan

Latihan soal-soal 1 1. Apa yang disebut dengan kultur jaringan,?. 2. Jelaskan mengapa sel tumbuhan bersifat totipoten?. 3. Apa yang disebut kalus, jelaskan proses pembentukannya?. 4. Jelaskan proses morfogenesis in vitro!. 5. Apa yang disebut embrio adventip, jelaskan proses pembentukannya!

Petunjuk jawaban latihan soal-soal

1. Ingat definisi kultur jaringan. 2. Coba bayangkan perkembangan zygot sampai menjadi tanaman utuh,

ingat adanya hubungan sitoplasmatik pada tanaman dewasa. 3. Ingat definisi kalus dan peran kedium kultur. 4. Ingat bagaimana perkembangan eksplan sampai menjadi tanaman utuh. 5. Ingat definisi embrio adventip dan proses morfogenesis in vitro

Ringkasan

Secara singkat dapat disimpulkan bahwa dengan mengisolasi sel,

jaringan dan organ dari tanaman induknya, kemudian menumbuhkannya pada

medium kultur, akan mengakibatkan bagian-bagian tanaman tersebut mengalami

stres. Kondisi stres tambahan seperti cold shock, heat shock, starvation, osmotik,

dan hormon menyebabkan dibebaskannya gen-gen yang bertanggung jawab

terhadap totipotensi.

Tes Formatif 1.

1. Prinsip kultur jaringan didasarkan pada asumsi bahwa setiap sel

tumbuhan mempunyai kemampuan untuk beregenerasi menjadi tanaman

lengkap kembali, sel demikian disebut a. Autonom b. Totipoten c. Autotrof

d. potensi sel 2. Eksplan yang digunakan sebagai bahan tanam pada kultur jaringan

disyaratkan harus diambil dari bagian tanaman yang masih muda,

eksplan tersebut mengadung sel-sel yang bersifat meristematis artinya

adalah: a. telah mengalami dediferensiasi b. telah mengalami diferensiasi c. aktip membelah d. kalus

3. Proses perkembangan sel-sel pada eksplan menjadi plantlet didalam

kultur jaringan diawali dengan proses: a. Morfogenesis b. Organogenesis c. Embryogenesis d. dediferensiasi

4. Induksi dediferensiasi pada kultur jaringan dapat dilakukan dengan stres,

setelah sel-sel mengalami dediferensiasi, pertumbuhannya menjadi tidak

terkendali, hal ini dkebabkan karena: a. sel-selnya membentuk kalus b. sel-selnya bersifat embriogenik

c. pengaruh medium kultur d. sel bersifat totipoten

5. Proses reinisiasi dari pembelahan sel pada kultur jaringan disebut: a. Diferensiasi b. Dediferensiasi c. siklus sel d. morfogenesis

Kunci jawaban tes formatif 1: 1. b, 2. c, 3. d, 4. c, 5. b

Subpokok Bahasan 2: SEJARAH PERKEMBANGAN DAN MANFAAT TEKNIK KULTUR JARINGAN

Pendahuluan

Membahas sejarah perkembangan kultur jaringan tidak dapat lepas dari

sejarah perkembangan pengetahuan tentang sel. Dimulai dari penemuan

mikroskop oleh Zakarias Jansen pada 1590, seorang pembuat kacamata dari

Belanda, yang kemudian disempurnakan oleh Anthoni van Leeuwenhoek.

Penemuan dan pengembangan mikroskop memungkinkan kita melihat struktur

tubuh tumbuhan secara detail, seperti yang dikemukan oleh Robert Hooke

seorang ahli matematika, dia menyamakan sel sebagai building block dari

jaringan hidup. Pada tahun 1838-1839 seorang ahli botani, MV. Schleiden dan

Theodore Schwann (ahli zoologi) lebih memusatkan perhatiannya pada

kehidupan sel yang pada akhirnya melahirkan konsep totipotensi sel. Teknik kultur jaringan yang semula digunakan untuk membuktikan teori

totipotensi sel selanjutnya berkembang, selain menunjang ilmu-ilmu dasar seperti

embriologi, fisiologi, biokimia dan genetika, sekarang terbukti dapat diaplikasikan

pada bidang agroindustri dan farmasi.

Materi subpokok bahasan 2

Percobaan-percobaan untuk membuktikan bahwa sel bersifat totipoten

pertama kali dilakukan oleh Gottlieb Haberlandt seorang ahli botani dari Jerman

pada tahun 1898 dan dipublikasikan pada 1902. Percobaannya dilakukan

dengan mengisolasi sel daun Lamium purpureum , Erythronium, Ornithogalum

dan Tradescantia, sel yang dikulturkan tetap viabel selama beberapa minggu

tetapi tidak pernah membelah, sehingga dapat dikatakan percobaannya belum

berhasil. Kegagalan percobaan Haberlandt terutama disebabkan karena kultur

dilaksanakan pada medium yang sangat sederhana dan tidak aseptis,

menggunakan eksplan mesofil sel yang sudah sangat terdiferensiasi, dan tidak

menggunakan zat pengatur tumbuh, pada waktu itu zat pengatur tumbuh belum

diketemukan. Zat pengatur tumbuh berperan sangat penting pada proses

pembelahan sel dan diferensiasi in vivo dan in vitro. Auksin ditemukan pada

1928-1930 oleh Went dan Thiman, sedangkan sitokinin baru pada 1955 oleh

Miller dan kawan-kawan.

Beberapa dekade setelah percobaan Haberlandt, penelitian-penelitian

kultur in vitro tumbuhan lebih ditekankan pada kultur multiselular (jaringan atau

organ) sebagai eksplan. Riset ini dipelopori oleh Philip Rodney White (1939),

Roger Gautheret (1939), dan Piere Nobecourt (1939). White berhasil

menumbuhkan potongan ujung akar tomat (Licopersicon esculetum) pada

medium cair yang mengandung garam-garam anorganik, ekstrak yeast, dan

sukrose. Pada waktu yang bersamaan Gautheret dari Perancis berhasil memacu

pertumbuhan potongan jaringan kambium Salix caprea membentuk kalus dengan

menambahkan zat pengatur tumbuh IAA pada medium kultur. Nobecourt berhasil

mengembangkan teknik kultur kalus dengan eksplan umbi akar wortel (Daucus

carota) Skoog dan Miller pada 1957 berhasil mengatur pertumbuhan akar dan

tunas (organogenesis) dari kalus tembakau dengan menggunakan kombinasi

auksin dan sitokinin pada medium. Pada tahun 1958 J. Reinert dan FC. Steward

berhasil membuktikan totipotensi sel pada kultur suspensi sel dengan eksplan

umbi akar wortel. Didalam kultur ditemukan adanya embrio yang strukturnya

mirip dengan embrio zigotik, kemudian disimpulkan bahwa embriogenesis telah

terjadi secara in vitro. Pada waktu itu masih diperdebatkan apakah munculnya

embrio yang kemudian jadi plantlet tersebut berasal dari sebuah sel atau

kelompokan sel, didalam perkembangannya kemudian, dengan menggunakan

teknik cell tracking, terbukti bahwa plantlet berasal dari sebuah sel. Implikasi dari penemuan sitokinin adalah dimungkinkannya induksi

pembentukan tunas secara in vitro pada berbagai tanaman hortikultura, sehingga

dapat diaplikasikan untuk perbanyakan vegetatip (mikropropagasi). Pada kultur

meristem, tanaman bebas virus dapat diperoleh dari tanaman yang sudah

terinfeksi. Tanaman yang steril atau tidak dapat menghasilkan biji, dapat

diperbanyak dengan mikropropagasi, teknik ini berkembang pesat antara 1960-

1970. Pertumbuhan dan perkembangan sel pada kultur dengan eksplan

jaringan atau organ, tidak dapat dikontrol dengan ketat, sehingga bukan

merupakan objek eksperimental yang ideal seperti yang dicita-citakan oleh

Haberlandt. Objek yang ideal haruslah sel tunggal, sel tunggal dapat diperoleh

dengan berbagai cara: 1. Kultur suspensi sel, dalam hal ini sel sudah mengalami dediferensiasi 2. Mikrospora

3. Protoplas, yaitu sel yang sudah dihilangkan dinding selnya.

Setelah percobaan-percobaan yang dilakukan oleh J. Reinert dan FC.

Steward berhasil membuktikan totipotensi sel, pada 1966 Guha dan Maheshwari

berhasil memperoleh tanaman dari anther Datura innoxia, hasil penelitianya

diterbitkan di jurnal ilmiah Nature. Dari hasil pengamatannya diketahui bahwa

plantlet bersifat haploid, jadi berasal dari mikrospora. Dengan perkembangan

teknik kultur in vitro, pada 1972 C. Nitsch berhasil menginduksi mikrospora

Datura, Nicotiana, dan Licopersicon langsung menjadi plantlet, mikrospora

diisolasi dari anther kemudian langsung dikulturkan pada medium. Kemajuan paling akhir dari teknik kultur in vitro adalah ditemukannya

teknik kultur protoplas, teknik ini memungkinkan diisolasinya sel tumbuhan dalam

jumlah besar langsung dari tanaman, dari kalus, atau dari kultur suspensi sel.

Protoplas adalah sel tumbuhan yang sudah dihilangkan dinding selnya, sehingga

disebut sebagai sel telanjang. Pada 1960 EC. Cocking berhasil untuk

pertamakalinya mengisolasi protoplas dari sel-sel akar dengan menggunakan

ensim selulase. Cocking juga berhasil menunjukan adanya regenerasi dinding sel

disekitar protoplas yang diisolasi dari jaringan loculus buah tomat. Kemajuan

yang paling berarti dicapai sekitar tahun 1970 an ketika Nagata dan Takebe

berhasil menunjukan adanya pembelahan protoplas yang diisolasi dari mesofil

daun tembakau. Pembelahan ini terus berlanjut sampai terbentuk mikrokalus.

Masih pada tahun yang sama Takebe, Labib dan Melchers berhasil

meregenerasikan kalus, dari protoplas menjadi plantlet. Tahun-tahun

sesudahnya jumlah tanaman regenerasi dari protoplas terus bertambah. Rangkaian pencapaian yang mengisi sejarah perkembangan kultur

jaringan sampai saat ini dapat dirangkum sebagai berikut :

1900 Percobaan-percoban awal untuk mengulturkan sel dan jaringan

tanaman pada kondisi tidak aseptis.

Formulasi permasalah oleh Haberlandt (1902).

KULTUR JARINGAN DAN ORGAN

1930-1950 1. Kultur organ (akar) 2. Kultur jaringan (aseptis): - kalus (penemuan auksin)

MORFOGENESIS IN VITRO

1950-1960 1. Organogenesis (penemuan sitokinin) 2. Kultur sel (suspensi sel) 3. Embriogenesis somatic

TEKNOLOGI PROPAGASI IN VITRO

1960-1970 1. Mikropropagasi 2. Tanaman bebas virus 3. Pengawetan plasmanutfah

HAPLOIDY IN VITRO

1.Kultur anther (pollen embriogenesis) 2.Kultur mikrospora (anorogenesis)

3.Kultur ovule (ginogenesis) 4.Hibridisasi interspesifik dan kultur embrio

PROTOPLAS

1970-1980 1. Isolasiprotoplas 2. Kultur protoplas 3. Tanaman regenerasi dari protoplas 4. Fusi protoplas 5. Hibridisasi somatic

GENETIKA SEL SOMATIK

1980-sekarang 1. Variasi somaklonal 2. Teknologi pemulian mutasi in vitro

REKAYASA GENETIKA

1. Identifikasi gen (teknologi rekombinasi DNA) 2. Isolasi gen 3. Kloning gen

4. Transformasi sel 5. Ekspresi gen 6. Tanaman transgenic

Teknik kultur jaringan yang semula ditujukan untuk penelitian dasar

dibidang biologi, terutama pembuktian totipotensi sel, sekarang telah

berkembang sedemikian pesatnya sehingga dapat dipergunakan untuk

keperluan-keperluan yang lain, terutama dibidang agribisnis dan farmasi. 1. Dibidang agribisnis.

Aplikasi yang nyata dari teknik kultur jaringan tumbuhan adalah

dapat menekan beaya produksi karena dapat menghasilkan bibit dalam

jumlah banyak dengan waktu yang relatip singkat, tidak memerlukan

lahan yang terlalu luas, tidak tergantung pada iklim, bebas hama dan

penyakit sehingga dapat ditransport kemana saja, melewati batas-batas

negara, tanpa melalui proses karantina. Yang lebih penting lagi, karena

merupakan perbanyakan vegetatip, maka keturunannya akan sama

dengan induknya. Survey yang dilaksanakan di negeri Belanda

menunjukan, laboratorium mikropropagasi komersial pada tahun 1988

telah menghasilkan tanaman yang diperbanyak secara klonal sebanyak

65 juta (Pierik, 1988). Sedangkan di Indonesia mikropropagasi klonal

telah sangat membantu program Hutan Tanaman Industri, pohon yang

berhasil dikembangkan dengan metode ini antara lain Jati (Tectona

grandis) dengan kemampuan multiplikasi 5-6 plantlet atau dalam kurun

waktu satu tahun dari satu eksplan dapat diperoleh sekilar 15 juta

anakan.

2. Dibidang farmakologi dan industri kimia. Metabolit sekunder merupakan bahan baku obat yang berasal dari

bahan alam nabati, biasanya metabolit sekunder jenis ini diperoleh dari

tumbuhan dengan cara penyarian (ekstraksi). Cara ini tidak praktis karena

diperlukan lahan yang luas untuk menumbuhkan tanaman tersebut.

Melalui teknik kultur in vitro, sel-sel dan jaringan tanaman dapat

dimanupulasi sedemikian rupa seperti yang dapat dilakukan pada proses

fermentasi. Berdasarkan hal tersebut kultur sel dapat merupakan sumber

metabolit sekunder yang memiliki nilai ekonomi tinggi disamping kultur

kalus.

Gambar 2 : Diagram kultur suspense sel

3. Untuk mendapatkan hibrida-hibrida baru melalui silangan somatic Sel-sel tubuh tanaman jika dihilangkan dinding selnya akan

didapatkan protoplas. Tersedianya protoplas memungkinkan

dilakukannya persilangan intergenerik dengan teknik fusi protoplas.

Protoplas dari dua jenis tanaman yang berbeda dapat difusikan dengan

menggunakan medan listrik atau bahan kimia pemfusi sehingga terjadi

peleburan sitoplasma dan diharapkan dapat terjadi peleburan 2 inti

heterokaryon. Protoplas hasil fusi dapat diregenerasikan menjadi

tanaman (hibrida) baru. Dengan fusi protoplas akan teratasi kesulitan-

kesulitan yang timbul pada hibridisasi antara dua spesies, dua genus atau

bahkan pada takson yang lebih tinggj. Penghilangan dinding sel juga

memungkinkan untuk mengintroduksi organel atau potongan DNA

kedalam sel untuk merubah struktur genetisnya.

4. Untuk mendapatkan tanaman haploid

Tanaman haploid dapat diperoleh melalui kultur ovule, anther atau

mikrospora. Mikrospora adalah singgel sel haploid, totipoten dan tersedia

dalam jumlah yang hampir tidak terbatas. Dengan teknik kultur

mikrospora dapat dihasilkan tanaman haploid, penggandaan kromosom

dapat dilakukan dengan agensia pengganda kromosom, sehingga dapat

dihasilkan tanaman dobel haploid yang homozigot. Tanaman haploid dan

dobel haploid mempunyai nilai yang sangat berharga bagi pemulia

tanaman. Pada beberapa tanaman serealia, penggandaan kromosom

terjadi secara spontan, sehingga dapat langsung digunakan pada

program pemuliaan tanaman. Varietas-varietas komersial telah diproduksi

pada pemuliaan dengan menggunakan dobel haploid, misalnya gandum

varietas Florin di Perancis (Henry dan De Buyser, 1990). Keunggulan

utama dari tanaman dobel haploid tampak pada cepatnya homczygosity

diperoleh, tanaman yang dihasilkan mencerminkan sampel acak dari

rekombinasi gamet yang terjadi pada meiosis, dan ekspresi dari gen-gen

resesif. Untuk pengembangan varietas pada kebanyakan tanaman,

tahapan kritis adalah penetapan galur murni. Tanaman homozygot yang

stabil adalah galur murni, tanaman seperti itu digunakan sebagai varietas

akhir atau sebagai induk untuk memproduksi biji hibrida. Secara

tradisional, para pemulia mendapat tanaman homozygot dengan cara

self-fertilization atau back cross, proses yang memakan banyak waktu.

Dengan teknik kultur mikrospora, sel-sel gamet jantan diinduksi menjadi

embriogenik, sehingga tanaman dobel haploid dapat dihasilkan dalam

satu generasi saja. Efisiensi seleksi juga dapat ditingkatkan dengan

produksi tanaman haploid, karena fenotip dari tanaman tidak tertutupi

oleh efek dominan, sifat resesif dan dominan sama-sama terekspresi dan

karenanya lebih mudah diseleksi.

5. Untuk penyimpanan plasmanutfah Sejumlah tanaman dapat dilestarikan dengan biji, namun

beberapa tanaman berbiji yang penting mempunyai biji yang terlalu besar

untuk disimpan, misalnya kelapa. Beberapa tanaman lagi mempunyai biji

yang kadar airnya terlalu banyak, misalnya durian, nangka sehingga tidak

dapat disimpan terlalu lama. Bahkan ada tanaman yang tidak membentuk

biji dan harus diperbanyak secara vegetatip, misalnya pisang. Hal-hal

tersebut menjadikan cara in vitro merupakan satu-satunya harapan

sebagai jalan keluar. Untuk penyimpanan dalam jangka pendek,

pertumbuhan didalam kultur jaringan dapat diperlambat dengan suhu

rendah dan dengan penghambat osmose. Sedangkan untuk

penyimpanan jangka panjang sel-sel tumbuhan yang berupa kalus

ditempatkan pada nitrogen cair dengan suhu antara 0 sampai -198°C,

sehingga metabolisme dan pertumbuhan terhenti sama sekali, proses ini

disebut kriopreservasi.

6. Penyelamatan embrio Kultur in vitro tumbuhan dapat digunakan untuk menyelamatkan

embrio yang secara normal abortif, kegagalan membentuk embrio ini

disebabkan karena adanya inkompatibilitas. Pada postzygotic

incompatibility, setelah terjadi pembuahan terbentuklah zygot, tetapi zygot

ini tidak dapat diterima oleh endosperm sehingga embrio tidak dapat

berkembang dan mengalami keguguran, misalnya terdapat pada hasil

persilangan antara Solanum melongena dengan Solanum khasianum.

Embrio dapat diselamatkan (embryo resque), dipisahkan dari tanaman

induknya dan ditanam secara in vitro dibawali kondisi aseptik pada

medium yang telah diketahui komposisinya. Pada beberapa jenis tanaman, embrio dan cadangan

makanannya sangat tidak berkembang sehingga tidak dapat

berkecambah, misalnya pada biji anggrek, hanya terdiri dari kumpulan

sel-sel yang sederhana. Untuk perkecambahan embrionya sangat tergantung pada suplai gula dari luar, dilingkungan alamiahnya

disediakan oleh jamur Mycorrhiza yang hidup secara simbiotik didalam biji

anggrek. Karena infeksi oleh jamur ini tidak dapat terjadi pada semua biji

yang terdapat didalam buah anggrek, maka tidak semua biji dapat

berkecambah. Dengan teknik kultur in vitro, biji anggrek dikecambahkan

diatas medium secara aseptik, sehingga semua biji yang terdapat didalam

buah anggrek dapat berkecambah.

7. Kultur Jaringan juga dapat dipergunakan untuk menunjang penelitian

penyakit-penyakit tanaman terutama virus, yaitu dengan menggunakan

teknik kultur meristem. Sedangkan pada kultur organ, penggunaan

praktisnya dapat menunjang studi tentang infeksi Nematoda, jamur

Mycorrhiza, dan mekanisme pembentukan bintil akar pada tanaman

Leguminosa.

Latihan soal-soal 2. 1. Siapa orang pertama yang membuktikan teori totipotensi sel, bagaimana

teori tersebut dibuktikan?. 2. Sebutkan urutan perkembangan teknik kultur jaringan yang dicapai dari

awal pertamakali dikemukakan sampai sekarang?. 3. Jelaskan dengan singkat manfaat kultur jaringan ditinjau dari segi

agribisnis! 4. Jelaskan dengan singkat keunggulan teknik kultur mikrospora pada

pemuliaan tanaman! 5. Jelaskan apa pentingnya kultur embrio?.

Petunjuk jawaban latihan soal-soal 1. Ingat sejarah perkembangan teknik kultur jaringan dan pembuktian

totipotensi sel !. 2. Ingat sejarah perkembangan teknik kultur jaringan!. 3. Ingat manfaat teknik kultur jaringan! 4. -sda- 5. -sda-

Ringkasan.

Sejarah perkembangan kultur jaringan tidak dapat lepas dari sejarah

perkembangan ilmu pengetahuan tentang Sel dan Botani. Berbagai teknik

didalam kultur jaringan dikembangkan sejalan dengan diketemukannya zat

pengatur tumbuh dan kemajuan pengetahuan tentang kebutuhan nutrisi oleh sel

dan jaringan tanaman. Teknik kultur jaringan semula ditujukan untuk pembuktian

totipotensi sel. Sekarang terbukti teknik tersebut dapat diaplikasikan untuk

berbagai keperluan, yang pada prinsipnya dapat dimanfaatkan untuk

meningkatkan kualitas hidup dan kesejahteraan umat manusia.

Tes formatif 2

1. Setelah percobaan-percobaan yang dilakukan oleh Haberlandt,

percobaan untuk membuktikan totipotensi sel akhirnya berhasil dilakukan,

hal ini dimungkinkan karena a. Digunakan eksplan jaringan b. Selnya sudah mengalami diferensiasi c. Menggunakan kultur suspensi sel dari kalus d. Menggunakan kultur kalus

2. Rangkaian pencapaian teknologi kultur jaringan adalah sebagai berikut : a. kultur sel - kultur protoplas - kultur anther - kultur jaringan b. kultur sel - kultur organ - kultur jaringan - kultur protoplas c. kultur sel - kultur jaringan - kultur organ - kultur anther

d. kultur sel - kultur organ - kultur jaringan - kultur anther 3. Produksi metabolit sekunder dapat dilakukan dengan kultur :

a. kultur suspensi sel b. kultur organ

c. kultur embrio d. kultur protoplas

4. Keuntungan diterapkannya teknik kultur mikrospora adalah a. diperoleh hibrida unggul b. diperoleh tanaman homozygote c. diperoleh tanaman bebas virus d. dapat menyelamatkan embrio

5. Kultur in vitro tanaman dapat ditransport kemana saja tanpa melalui

proses karantina, hal ini dimungkinkan karena a. merupakan bibit unggul b. aseptis c. diperbanyak dalam waktu singkat d. merupakan perbanyakan vegetatip

Jawaban tes formatip 2 l. c, 2. d, 3. a, 4. b, 5. b.