Buku Pustaka PENDAHULUAN. Penilaian MKA Bioteknologi Pertanian BIOTEKNOLOGI PERTANIAN

Transkripsi

1 MATERI KULIAH BIOTEKNOLO GI PERTANIAN Pertemuan ke PENDAHULUAN Materi Kuliah Prodi Agroteknologi 1. Kontrak Kuliah. Pengertian, sejarah, ilmu pedukung, perkembangan) 2. Struktur dan fungsi sel & Bahan genetik 3. Perubahan genetik jasad hidup 4. Replikasi dan ekspresi gen 5-6. Teknik kultur mikroba Teknik kultur in vitro 7. Teknik Fusi Sel 8 UTS 9-10 Teknologi DNARekombinan 11. Biopestisida mikroba dan Tanaman transgenik tahan hama 12. Tanaman transgenik tahan herbisida 13. Vaksin tanaman 14. Rekayasa genetik penambatan nitrogen 15 Biosafety dan Biodiversitas 16 UAS Buku Pustaka Wajib Yuwono, T Bioteknologi Pertanian. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta Nasir, M Bioteknologi Potensi dan Keberhasilannya dalam Bidang Pertanian. Raja Grafindo Persada. Jakarta Anjuran Dixit, S.K Biofertilizers, A Manual on Commercial Production Technology. Omega Scientific Publishers, New Delhi, India Nasir, M Bioteknologi Molekuler Teknik Rekayasa Genetik Tanaman. Citra Aditya Bhakti. Bandung. Penilaian MKA Bioteknologi Pertanian Unsur Cara Bobot Skor Prosentase maksimal Pengetahuan/Pe- Kuis & Tugas 0, % mahaman/kreati- vitas Ujian Tengah 0, % Semester Ujian Akhir 0, % Semester Kreativitas dan pemahaman Menyampaikan pendapat terhadap persoalan yang diberikan di kelas Bonus Ditambahkan pada nilai akhir Kedisiplinan dan kejujuran Keterlambatan dalam kehadir-an di kelas serta Kecurangan dalam mengerjakan tugas, tes dan/atau ujian Penalti Dikurangkan dari nilai akhir BIOTEKNOLOGI PERTANIAN Pengertian Sejarah perkembangan Ilmu-ilmu Pendukung Perbedaan Biotek Klasik dan Modern Keuntungan dan kerugian 1

2 1. Pengertian Karl Ereky (1917) pertama kali mengemukakan BIOTEKNOLOGI. BIO = makhluk hidup, TEKNOLOGI = cara untuk memproduksi barang atau jasa. European Federation of Biotechnology (1989) mendefinisikan bioteknologi sebagai perpaduan dari ilmu pengetahuan alam dan ilmu rekayasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup, sel, bagian dari organisme hidup dan/atau analog molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa Menristek (1985) BIOTEKNOLOGI : pemanfaatan sistem biologi untuk menghasilkan barang dan jasa bagi kepentingan manusia. Pengertian (lanjutan) CRC Dictionary of Agriculture Science (2002) penerapan dan penggunaan jasad hidup atau komponennya untuk mempengaruhi proses fisiologi dan biokimia di bidang pertanian, industri, maupun penerapan praktis dan komersial lainnya. Definisi : penerapan prinsip prinsip biologi, biokimia, dan rekayasa dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan agensia jasad hidup dan komponen komponennya untuk menghasilkan barang dan jasa. 2. SEJARAH PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI 3000 th SM proses fermentasi minuman 1680 sel khamir oleh Antonie van Leeuwenhoek 1818 proses fermentasi Khamir oleh Erxleben 1857 fermentasi asam laktat Pasteur 1897 Buchner enzim berperan dalam fermentasi Abad 20 Mendel, bahan genetik 1928 F Griffith mutan bakteri Pneumococcus tipe R tdk patogenik mengalami transformasi menjadi tipe S yg mati diinjeksi ke tikus. Proses transformasi secara in vitro 1944 Avery dkk the transforming principle senyawa asam nukleat deoksiribose (DNA). Sifat genetik suatu jasad ditentukan oleh DNA, meski belum diketahui struktur DNA 1953 Watson dan F Crick struktur DNA, fungsi gen sbg pembawa sifat Paul Berg penyambungan mol DNA virus (Tek DNA rekombinan) 2

3 3. ILMU DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI Bioteknologi modern ditentukan perkemb ilmu dasar : mikrobiologi, genetika dan biokimia Perkembangan bioteknologi didukung pada ilmuilmu terapan dan murni lain, seperti komputer, biologi molekular, kimia, matematika, ilmu pangan, kesehatan dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa. ILMU DASAR DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI Mikrobiologi Biologi Molekuler Biokimia Ilmu Pangan Genetika Rekayasa mekanik Elektronika Biotechnology Bioteknologi Pertanian Teknologi Pangan ILMU DASAR BIOTEK MODERN Mikrobiologi : studi awal mengenai manipulasi genetik dilakukan terhadap kel mikroba Mikroba?? Sel mikroba lebih sederhana drpd jasad hidup tkt tinggi, pertumbuhan cepat, mudah dilakukan persilangan genetis Genetika : analisis genetik, DNA Biokimia : struktur bahan genetik, enzim, ekspresi genetik dan regulasinya. Bioteknologi Lingkungan Bioteknologi Industri Bioteknologi Kesehatan 3

4 Perkembangan Bioteknologi Bioteknologi bukan merupakan sesuatu yang baru. Tanaman dan hewan sudah didomestikasi ribuan tahun yang lalu, pemanfaatan mikroba untuk produk-produk berguna (tempe, oncom, tape, arak, terasi, kecap, yogurt, dan nata de coco). Antibiotik berasal dari mikrobia, mikroba penambat nitrogen telah dimanfaatkan sejak abad ke 19. Mikroba telah dimanfaakan secara intensif untuk membersihkan dan mendekomposisi limbah dan kotoran ternak. Dalam bidang medis, vaksin-vaksin tertentu dibuat dari virus atau bakteri yang telah dilemahkan. BIOTEKNOLOGI KLASIK/KONVENSIONAL Contoh bioteknologi konvensional di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, dan keju sudah dikenal sejak abad ke-19, Di bidang pertanian, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan. Di bidang medis,penemuan vaksin, antibiotik, dan insulin. Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan bioreaktor, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal. Tanaman Brassica oleracea Contoh pengembangan varitas tanaman Brassica Bunga Kobis Bunga Pucuk Kobis Telur Tunas Samping Kol Tunas Batang Kol Rabi Bioteknologi Modern Perkembangan bioteknologi secara drastis terjadi sejak ditemukannya struktur helik ganda DNA dan Teknologi DNA Rekombinan di awal tahun 1950-an, yang memungkinkan manusia memanipulasi suatu organisme di taraf seluler dan molekuler. Bioteknologi mampu melakukan perbaikan galur dengan cepat dan dapat diprediksi, dapat merancang galur dengan bahan genetik tambahan yang tidak pernah ada pada galur induknya. Inti sel Bunga + Batang - Brokoli Banyak daun - Kale kromosom DNA 4

5 BIOTEKNOLOGI MODERN rekayasa genetika, kultur jaringan, rekombinan DNA, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain. Teknologi ini memungkinkan kita untuk memperoleh tanaman transgenik (termasuk GMO=genetic modified organism), dan vaksin tanaman Di bidang pangan, dengan teknologi rekayasa genetika, kultur jaringan dan rekombinan DNA, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap OPT maupun tekanan lingkungan. pelestarian lingkungan hidup dari polusi. contoh, pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru. B I A Y A Pembandingan peningkatan efisiensi hasil dan biaya yang dibutuhkan untuk pengembangan bioteknologi Konvensional vs bioteknologi modern Bioteknologi Modern Genomik Rekayasa Genetika Hewan Rekayasa Genetika Tanaman Rekayasa Genetika Mikroba DNA Rekombinan Produksi Antibodi Transfer Embrio Kultur Jaringan Biologi Kontrol Biofertilizer Biodekomposer Fermentasi Mikroba Bioteknologi Konvensional PENINGKATAN EFISIENSI Keuntungan : potensi hasil lebih tinggi mengurangi penggunaan pupuk dan pestisida toleran terhadap cekaman lingkungan pemanfaatan lahan marjinal kualitas makanan dan gizi lebih baik perbaikan defisiensi mikronutrien Kerugian : efek balik terhadap organisme non-target pembentukan hama/penyakit resisten transfer gen resisten antibiotik melalui gen penanda antibiotik transfer gen yang tidak diinginkan ke tanaman liar transfer gen penyandi untuk produksi gen toksik 5

6 KELEBIHAN KEKURANGAN KELEBIHAN KEKURANGAN Relatif murah KONVENSIONAL Teknologi relatif sederhana Dampak jangka panjang dapat diprediksi (sistem mapan) Perbaikan sifat genetik tidak terarah Tidak dapat mengatasi inkompatibilitas Hasil tidak dapat diprakirakan sebelumnya Memerlukan waktu relatif lama Sering tidak dapat mengatasi kendala alam (hama) BIOTEKNOLOGI Perbaikan sifat genetik terarah Dapat mengatasi inkompatibilitas Menghasilkan jasad baru dengan sifat baru yang tidak ada pada jasad alami Memperpendek pengembangan jasad baru Meningkatkan kualitas dan kendala alam MODERN Relatif mahal Teknologi canggih Dampak jangka panjang belum diketahui Penerapan Bioteknologi Pertanian bertujuan untuk: Meningkatkan hasil dan kualitas tanaman budidaya dengan cara mendapatkan tanaman dengan nilai gizi tinggi, tahan lahan marjinal, tahan hama dan penyakit. Mempertahankan diversitas genetik Mencari tanaman alternatif yang tahan terhadap iklim dan lahan bermasalah (misal : gandum tropis, triticale) Contoh Tanaman hasil bioteknologi modern Komersial: Kapas tahan serangan hama Lepidoptera (Kapas Bt) Studi lapangan: Kapas toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera Jagung toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera Kedelai toleran herbisida Pengujian Laboratorium: Kakao tahan serangan hama Lepidoptera Ketela pohon perbaikan komposisi pati Kopi- tahan penyakit yang disebabkan jamur Kelapa sawit tahan hama Lepidoptera, rendah asam lemak jenuh Kacang tanah- tahan penyakit yang disebabkan virus Kentang tahan hama Lepidoptera, tahan penyakit yang disebabkan virus Padi tahan hama Lepidoptera Kedelai tahan hama Lepidoptera Tebu toleran kekeringan Ubi jalar tahan penyakit virus Tembakau tahan penyakit virus Tomat tidak spesifik CONTOH APLIKASI BIOTEKNOLOGI MODERN UNTUK PENGEMBANGAN TANAMAN TRANSGENIK Kandungan provitamin A tinggi Tahan terhadap hama, penyakit, virus Toleran terhadap lingkungan bergaram Buah tidak mudah busuk Golden Rice Fortifikasi untuk meningkatkan kandungan Vitamin A pada padi Transgen dari bakteri dan daffidol 6

7 Tanaman transgenik tahan hama serangga Tanaman transgenik tahan penyakit jamur Transgenic Wild-type Tanaman bunga matahari tahan jamur putih Pengujian Kapas Bt tahan hama ulat bollworms Tanaman tomat transgenik mengekspresikan gen pembentuk senyawa oxalate oxidase 2 hari setelah ditulari dengan jamur patogen Sclerotinia penyebab penyakit busuk batang, sehingga tanaman tetap sehat. Tanaman tomat biasa (wild type) terkena penyakit busuk batang (rebah). Tanaman transgenik tahan virus Tanaman transgenik tahan Herbisida Contoh tanaman kopi transgenik, disemprot herbisida ammonium glufosinat tetap sehat. Tetapi tanaman kopi biasa apabila disemprot herbisida, daun mengering dan mati Selubung protein virus digunakan untuk melingdungi tanaman Pepaya dari penyakit virus Ringspot. Pemberian selubung virus pada sel tanaman sering disebut vaksin tanaman Contoh lain tanaman transgenik tahan herbisida: Kedelai, jagung, canola, kapas, alfalfa Gula bit, lettuce, strawberry, gandum, turf grass sumber gen tahan herbisida berasal dari bakteri 7

8 Contoh aplikasi bioteknologi Bidang Lingkungan Tomat transgenik tahan pembusukan Penanganan limbah Ekstraksi dan akumulasi logam berat Degradasi pestisida dan senyawa sejenis Bakteri Indikator Untuk mendeteksi kontaminasi di lingkungan menggunakan mikroba yang sensitiv terhadap polutan Bioremediasi pembersihan tempat-tempat terkontaminasi menggunakan mikroba yang direkayasa untuk merombak polutan Bioteknologi Lingkungan Penanaman tanaman GM (Genetic Modified) hasil rekayasa genetik mencakup 5% dari seluruh lahan pertanian di dunia Deteksi pencemaran di lahan tambang Cara deteksi Tanaman Alfalfa Argentine Canola Kapas Flax, Linseed Jagung Padi Kedelai Negara Australia; Canada; Japan; Mexico; New Zealand; Philippines; United States of America (USA) Australia; Canada; China; European Union (EU); Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; EU; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA Canada; USA Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; El Salvador; EU; Honduras; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Philippines; Russian Federation; Singapore; South Africa; Taiwan; Thailand; USA Australia; Canada; Colombia; Mexico; New Zealand; Russian Federation; USA Argentina; Australia; Bolivia; Brazil; Canada; China; Colombia; Czech Republic; EU; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Paraguay; Philippines; Russian Federation; South Africa; Switzerland; Taiwan; Thailand; United Kingdom; USA; Uruguay Lahan ditanami tanaman transgenik indikator Apabila terjadi pencemaran, tanaman indikator berubah warna menjadi merah Gula bit Gandum Australia; Canada; European Union; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; Russian Federation; Singapore; USA Colombia; USA Source: ISAAA's GM Approval Database. Genetic Engineering Lab 8

9 The Crop Biotech Market 58.8%/118 ma (63%/106 ma) 20.0%/40 ma (21%/36 ma) 6.7%/13 ma (6.0%/10 ma) 6.2%/12 ma (3%/7 ma) 4.6%/9 ma (3%/7 ma) Bagaimana SIKAP ANDA??? Top Five Countries = 96% of market 20 % increase from 2003 Latihan Sebutkan perbedaan bioteknologi tradisional dan bioteknologi modern! Mengapa bioteknologi disebutkan bukan sesuatu yang baru? Jelaskan tujuan bioteknologi di bidang pertanian Sebutkan keuntungan dan kerugian yang mungkin ditimbulkan dari penggunaan bioteknologi! 9