TOPIK : BIOTEKNOLOGI & HYDROPONICS

Transkripsi

1 TOPIK : BIOTEKNOLOGI & HYDROPONICS

2 Apa itu Bioteknologi? Bioteknologi berasal dari kata: Bioteknologi: Bios hidup; Teuchos alat; Logos ilmu Penggunaan organisme atau sistem hidup untuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk yang berguna. Atau Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan manusia.

3 Sejarah Perkembangan Bioteknologi Tahun Perkembangan/Penemuan 1917 Karl Ereky memperkenalkan istilah bioteknologi 1943 Penisilin diproduksi dalam skala industri 1944 Avery, MacLeod, McCarty mendemonstrasikan bahwa DNA adalah bahan genetik 1955 Watson & Crick menentukan struktur DNA 1961 Jurnal Biotechnology and Bioengineering ditetapkan Seluruh sandi genetik terungkapkan 1970 Enzim restriksi endonuklease pertama kali diisolasi 1972 Khorana dan kawan-kawan berhasil mensintesa secara kimiawi seluruh gen trna

4 1973 Boyer dan Cohen memaparkan teknologi DNA rekombinan 1975 Kohler dan Milstein menjabarkan produksi antibodi monoklonal 1976 Perkembangan teknik-teknik untuk menentukan sekuen DNA 1978 Genetech menghasilkan insulin manusia dalam E.coli 1980 US Supreme Court: Mikroorganisme hasil manipulasi dapat dipatenkan 1981 Untuk pertama kalinya automated DNA synthesizers dijual secara komersial 1981 Untuk pertama kalinya kit diagnostik berdasar antibodi disetujui untuk dipakai di Amerika Serikat

5 1982 Untuk pertama kalinya vaksin hewan hasil teknologi DNA rekombinan disetujui pemakaiannya di Eropa 1983 Plasmid Ti hasil rekayasa genetik dipakai untuk transformasi tanaman 1988 US Patent diberikan untuk mencit hasil rekayasa genetik sehingga rentan terhadap kanker (untuk penelitian tumor) 1988 Metode Polymerase Chain Reaction dipubliikasi 1990 USA: Telah disetujui percobaan Terapi gen sel somatik pada manusia 1997 Kloning hewan (domba Dolly) dari sel dewasa (sel kambing) 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

6 Teknik-teknik dalam Bioteknologi Fermentation Analisis Genetik Seleksi dan Pemuliaan Analisis DNA Kultur Sel dan Jaringan Rekayasa Genetik atau DNA Rekombinan

7 Fermentation Menggunakan mikroba untuk mengubah suatu senyawa seperti pati atau gula menjadi senyawa lain seperti etanol Digunakan pada: Bioteknologi klasik Industri farmasi Biopulping Bahan bakar Bioplastik

8 Analisis Genetik Mempelajari bagaiman sifat/karakter atau gene diwariskan dari generasi ke generasi dan bagaimana gen dan lingkungan berinteraksi untuk menghasilkan suatu sifat Dapat digunakan untuk: Diagnosis Pertanian Bahan bakar

9 Seleksi dan Pemuliaan Manipulasi mikroba, tanaman atau hewan dan pemilihan individu atau populasi yang diinginkan sebagai stok genetik untuk perbaikan generasi baru Dapat digunakan untuk: Bioteknologi klasik (fermentasi) Produksi bahan pangan Bioplastik

10 Analisis DNA PCR (Polymerase chain reaction) dapat membuat copy segmen DNA RFLP Mapping mendeteksi keberadaan suatu gen pada DNA Dapat digunakan untuk: Diagnosis suatu penyakit Konseling genetik Terapi gen

11 Kultur Sel dan Jaringan Menumbuhkan tanaman atau jaringan hewan atau sel secara steril di dalam tabung reaksi atau tabung gelas lainnya Dapat digunakan untuk: Perbanyakan tanaman Produksi tanaman transgenik Produksi bahan kimia Penelitian kedokteran Kapas Kedelai

12 Rekayasa Genetika Trasfer segmen DNA dari suatu organisme ke DNA organisme lain. Kedua organisme tersebut dapat tidak saling berkerabat satu sama lain Dapat digunakan untuk: Produksi bahan pangan Industri farmasi Konseling genetik Terapi gen

13 Perbedaan antara pemuliaan selektif dan rekayasa genetika Parameter Pemuliaan Selektif Rekayasa Genetika Tingkat Organisme utuh Sel atau molekul Ketepatan Sekumpulan gen Satu gen tunggal Kepastian Perubahan genetik Perubahan bahan sulit atau tidak genetik dikarakterisasi mungkin dikarakterisasi dengan baik Batasan taksonomi Hanya dapat dipakai Tidak ada batasan dalam satu spesies taksonomi atau satu genus

14 Bioteknologi Molekular Didorong oleh pengetahuan tentang biologi sel dan molekular Memanipulasi suatu organisme pada taraf selular dan molekular (rekayasa genetika dan biologi molekular) Hasil manipulasi dapat diprediksi dan diarahkan dengan ketepatan yang lebih tinggi Dapat mengkonstruksi galur/varietas baru dengan bahan genetik tambahan yang tidak pernah ada pada galur asalnya Sel prokariot atau eukariot dapat digunakan sebagai pabrik biologis Porduksi senyawa sekunder

15 Penggabungan antara teknologi DNA rekombinan dengan bioteknologi melahirkan suatu bidang studi yang sangat dinamis dan kompetitif yang disebut Bioteknologi Molekuler Industri bioteknologi molekuler adalah industri yang berbasis riset (research-based industry) Melibatkan berbagai disiplin ilmu. Bioteknologi dikembangkan dan disempurnakan oleh pakar-pakar mikrobiologi industri dan rekayasa kimia Pengembangan komponen teknologi DNA rekombinan sangat tergantung pada penemuanpenemuan dalam ilmu dasar seperti biologi molekuler, genetika, biokimia, dan mikrobiologi

16 Kegunaan Bioteknologi bagi Kehidupan Manusia 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

17 Pertanian GM Food Bt Corn Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam: Peningkatan kualitas biji-bijian Peningkatan kadar protein Pembentukan tanaman resisten hama, penyakit, dan herbisida Pembentukan tanaman toleran kekeringan, tanah masam, suhu ektrem Pembentukan tanaman yang lebih bernilai nutrisi tinggi, seperti vit C, E dan β-karoten

18 Rekayasa genetika pada hewan Upaya perbanyakan bibit ternak pada saat ini dengan teknik kloning Dikenal 2 cara perkembangbiakan hewan dengan teknik kloning : aseksual dan seksual Kloning aseksual : sel telur dikeluarkan kemudian dimasukan sel somatis dari jaringan apa saja Kloning seksual : dilakukan dengan membelah embryo pada saat tertentu

19 Bioteknologi Kelautan dan Akuakultur Bioteknologi dalam bidang kelautan/akuakultur dapat dimanfaatkan untuk memproduksi dan mengembangkan: Farmasi Enzim dan bahan-bahan biomolekul Biopestisida Peningkatan pertumbuhan, perkembangan, reproduksi dan nutrisi ikan

20 Bioteknologi Lingkungan Bioteknologi dapat dimanfaatkan untuk mengatasi isu lingkungan seperti: 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

21 Bioproses Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam bioproses melalui kegiatan-kegiatan: Produksi bioenergi: ethanol, methane, biodiesel Biokatalis, enzim, asam organik dan pelarut Produksi polimer Farmasi, flavor, essense Rekayasa metabolik

22 Kedokteran Industri obat-obatan Humulin Insulin hasil rekayasa genetik Herceptin antibodi monoklonal untuk mengobati kanker payudara Terapi gen untuk penyakit genetik Terapi penyakit genetik cystic fibrosis Human Embryonic Stem Cells dan Kloning Dolly domba hasil kloning Transplantasi organ

23 Beberapa Isu Penting dalam Penerapan Biteknologi Bioetik Keamanan dan kekhawatiran Paten dari organisme hasil rekayasa genetik Penggunaan untuk terapi gen dan jaringan pada manusia Tanggung jawab sosial dari sain dalam bisnis

24 Monarch larvae on Butterfly weed X

25 Ketentuan tentang Pemanfaatan Produk Bioteknologi Kep. Menteri Pertanian No. 856/Kpts/HK/330/9/1997, 2 September 1997 tentang ketentuan Keamanan Hayati Produk Bioteknologi Pertanian Hasil Rekayasa Genetika : 1. Hewan dan bahan asal hewan transgenik 2. Ikan dan bahan asal ikan transgenik 3. Tanaman transgenik dan bagiannya 4. Jasad renik transgenik

26 BERTANI SECARA HYDROPONICS HYDROPONICS : Pengetahuan tentang cara bertani/bercocok tanam tumbuhan dlm medium bukan tanah dan menggunakan air sbg hara dan sbg medium pembawa campuran hara lain yg diperlukan utk pertumbuhan tanaman secara optimal HYDROPONICS HYDRO (air) + PONOS (kerja) Dicetuskan oleh Dr. W. F. Gericke (1930)

27 Teknologi Hidroponik Sistem Terapung Pakchoy Selada

28 SEJARAH SINGKAT Hydroponics : konsep baru budidaya tanaman Konsep awal : zat apa pembentuk tumbuhan dan apa yg membuat tanaman tumbuh John Woodward (1699) : tumbuhan perlu air dan zat hara utk tumbuh Sachs (1860) & Knop (1861-5) dr Jerman membuat campuran larutan hara esensial tanaman sintetik dlm air hydroponics Unsur hara yg di(+)kan : N, P, S, Ca, Mg, K, Fe Penelitian lanjutan : Tollens (1882), Tottingham (1914), Shive (1915), Hoagland (1919), Trelease (1933), Arnon (1938), tentang berbagai formula, kondisi pertumbuhan, zat hara

29 Cara hydroponics banyak dipergunakan utk memproduksi bunga-bungaan, seperti carnation, gladioli, chrysantemum Hydroponics bunga-bungaan diusahakan oleh Amerika Serikat, Itali, Spanyol, Perancis, Inggris, Jerman, Swedia Hydroponic sayuran diusahakan di Jepang, Teluk Arabia, Israel, Indonesia

30 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

31 TYPE HYDROPONICS 1. Kultur Air (water culture) : true hydroponics (Dr. Gericke) 2. Kultur tanpa tanah (soilless culture) atau Kultur Agregat (aggregate culture) : menggunakan medium padat utk tempat tumbuh tanaman. a. Kultur Pasir (sand culture) atau Vermiculite culture b. Kultur kerikil (gravel culture) sub irrigation Dikemukakan oleh Dr. A J Cooper dkk di Glasshouse Crops Research Institute, Inggris tahun 1960-an

32 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)

33 BEBERAPA SUSUNAN LARUTAN HYDROPONICS KOMERSIAL Formula 1 Senyawa Kalium nitrat Kalsium nitrat Monokalium fosfat Magnesium sulfat Gr/100 lt Unsur N P K Ca Mg Ppm

34 Formula 2. Musim Panas USA Senyawa Gr/100 lt Unsur Ppm Kalium nitrat Kalium sulfat gypsum) Magnesium sulfat Monokalsium fosfat Amonium sulfat N P K Ca Mg

35 Formula 3. Musim Dingin USA Senyawa Kalium nitrat Kalium sulfat Kalsium sulfat Magnesium sulfat Monokalsium fosfat Amonium sulfat Gr/100 lt Unsur N P K Ca Mg Ppm

36 Formula 4. Inggris Senyawa Kalium nitrat Natrium nitrat Amonium sulfat Monokalsium fosfat Magnesium sulfat Kalsium sulfat Gr/100 lt Unsur N P K Ca Mg Ppm

37 Formula 5. Musim Panas Afrika Selatan Senyawa Gr/100 lt Unsur Ppm Kalsium nitrat 135 N 200 Magnesium sulfat 55 P 94 Monokalsium fosfat 47 K 330 Amonium sulfat 19 Ca 305 Kalium Sulfat 75 Mg 50