BAB 1 TIPE KULTUR JARINGAN TANAMAN Kompetensi Mahasiswa diharapkan mampu menjelaskan pengertian kultur jaringan, mampu menguraikan tujuan dan manfaat kultur jaringan, mampu menjelaskan prospek kultur jaringan, serta mampu menjelaskan tipe-tipe kultur jaringan tanaman. Subpokok Bahasan 1. Definisi, Tujuan, dan Manfaat Kultur Jaringan Tanaman 2. Prospek Kultur Jaringan Tanaman 3. Tipe Kultur Jaringan Tanaman Definisi, Tujuan, dan Manfaat Kultur Jaringan Kultur jaringan tanaman (plant tissue culture) atau sering kali disebut juga dengan kultur in vitro adalah terminologi yang digunakan untuk menggambarkan semua prosedur budi daya tanaman secara aseptik. Karena pertumbuhannya memerlukan tempat steril dengan wadah yang biasanya tembus cahaya, maka disebut juga kultur in Kultur Jaringan Tanaman 1
vitro yang berarti kultur di dalam gelas. Secara lebih rinci, kultur jaringan dapat didefinisikan sebagai suatu metode mengisolasi bagian dari tanaman, seperti protoplasma sel, sekelompok sel, jaringan, dan organ serta menumbuhkannya dalam media yang sesuai dan kondisi aseptik, sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap. Ada beberapa karakter yang dapat dipakai untuk mencirikan teknik kultur jaringan, yaitu: Terbebas dari segala mikroorganisme Lingkungan tumbuh optimal Pola perkembangan normal tanaman dapat dimodifikasi Manipulasi jaringan untuk perbaikan tanaman Perbanyakan tanaman secara kultur jaringan dikembangkan berdasarkan teori sel yang pertama kali dikemukakan oleh Schleiden dan Schwan, yaitu totipotensi sel. Totipotensi sel dapat didefinisikan sebagai suatu kemampuan sel untuk tumbuh dan berkembang menjadi individu yang sempurna jika ditempatkan pada suatu lingkungan yang sesuai untuk pertumbuhannya dan terkendali. Salah satu aspek yang menarik dari penerapan kultur jaringan dan dewasa ini sangat pesat perkembangannya adalah mikropropagasi/perbanyakan mikro (micro propagation). Teknik mikropropagasi telah banyak digunakan untuk memperbanyak secara cepat berbagai jenis tanaman dalam skala industri. Teknik kultur jaringan terbukti ampuh membantu para pemulia tanaman untuk menghasilkan tanaman dengan karakter yang sudah diperbaiki. 2 Irfan Suliansyah
Pada mulanya tujuan dan manfaat utama teknik kultur jaringan tanaman adalah untuk perbanyakan tanaman. Akan tetapi pada perkembangannya, teknik kultur jaringan juga dimanfaatkan untuk tujuan lain, seperti: polinasi in vitro, penyelamatan embrio (transplantasi embrio), produksi metabolit sekunder, konservasi plasma nutfah, fusi protoplas, keragaman somaklonal, produksi tanaman haploid, dan transformasi tanaman. Prospek Kultur Jaringan Tanaman Kultur jaringan dapat dikatagorikan merupakan teknik atau metode baru dalam memperbanyak tanaman. Tanaman pertama yang pertama kali diperbanyak secara besar-besaran melalui teknik ini adalah anggrek. Menyusul tanaman hias dan tanaman hortikultura lainnya. Sedangkan yang terakhir adalah perbanyakan tanaman kehutanan. Kecepatan perbanyakan melalui kultur jaringan sangatlah mengagumkan. Morel pada tahun 1964 memproyeksikan sebanyak empat juta tanaman anggrek cymbidium per tahun dari satu pucuk yang sehat. Murashige memproyeksikan 700.000 tanaman asparagus per tahun. Kultur jaringan pisang di Taiwan memproyeksikan kirakira sejuta tanaman per tahun. Angka-angka tersebut merupakan jumlah yang tidak mungkin dicapai dengan metode konvensional. Pennel (1987) memberikan formulasi untuk menghitung potensi jumlah planlet yang dapat dihasilkan secara teoretis dalam satu periode (satu tahun) dengan rumus sebagai berikut: Y = A n x B x F 1 x F 2 x F 3 Kultur Jaringan Tanaman 3
Y A n B = jumlah planlet yang dapat dihasilkan = jumlah tunas yang dihasilkan pada setiap subkultur (faktor multiplikasi) = jumlah subkultur pada periode tertentu (per tahun) = jumlah eksplan awal yang tumbuh F 1 = persentase keberhasilan kultur pada tahap multiplikasi F 2 = persentase keberhasilan kultur pada tahap perakaran F 3 = persentase keberhasilan aklimatisasi Tipe Kultur Jaringan Tanaman Kultur jaringan tanaman terdiri atas berbagai tipe berdasarkan penggunaannya. Beberapa tipe utama disajikan pada Tabel 1.1 dan Gambar 1.1. Tabel 1.1. Berbagai Tipe Kultur Sel dan Jaringan Tanaman serta Penggunaannya untuk Perbaikan Tanaman No. Tipe Kultur Penggunaan A Kultur Embrio - Memperpendek siklus pemuliaan. - Menghindari inkompatibilitas. B Kultur Meristem - Mengeliminasi pathogen. - Mengkloning massal tanaman. - Mengoleksi plasmanutfah - Kriopreservasi (penyimpanan jangka panjang) C Kultur Kalus - Mengkloning tanaman - Menghasilkan varian-varian tanaman - Mengeliminasi patogen - Sumber protoplas - Memproduksi metabolit sekunder 4 Irfan Suliansyah
No. Tipe Kultur Penggunaan D Kultur Anter - Menghasilkan homozigot - Menginduksi mutasi E Kultur Protoplas - Hibridisasi somatik - Transformasi Gambar 1.1. Berbagai Manipulasi yang Dapat Dilakukan pada Kultur Jaringan Tanaman Kultur Jaringan Tanaman 5
Kultur Embrio Kultur embrio merupakan isolasi dan pertumbuhan aseptik embrio zigotik matur dan immatur yang bertujuan untuk mendapatkan tanaman yang viabel. Teknik ini telah digunakan untuk sejumlah tanaman dengan berbagai tujuan, antara lain: a) penyelamatan embrio setelah persilangan intergenerik, b) mempercepat siklus pemuliaan melalui pengkulturan in vitro bagi embrio yang lambat berkembang, c) pematahan dormansi bagi biji-biji yang sulit berkecambah, dan d) mendapatkan tanaman yang viabel setelah persilangan sendiri. Teknik kultur embrio yang mungkin paling banyak digunakan adalah penyelamatan embrio setelah dilakukan persilangan intergenerik, seperti persilangan antara kedelai dengan Glycine liar. Persilangan tersebut tidak mungkin berlangsung secara normal. Dengan cara ini beberapa sifat, seperti ketahanan terhadap penyakit, dapat diintroduksikan ke dalam tanaman kultivasi. Kultur Meristem Kultur meristem (atau mikropropagasi) merupakan isolasi dan pertumbuhan aseptik ujung tunas (shoot-tips) atau meristem seca-ra in vitro yang bertujuan untuk mendapatkan klon-klon tanaman, tanaman bebas virus, atau untuk konservasi plasmanutfah (kriopreservasi). Teknik kultur meristem yang mungkin paling banyak digunakan adalah untuk tujuan memproduksi klon-klon secara cepat. Teknik 6 Irfan Suliansyah
kultur meristem telah digunakan untuk berbagai species tanaman, antara lain pisang, kentang, sawit, eukaliptus, krisan, dan stroberi. Penggunaan kultur meristem yang tidak kalah penting adalah produksi tanaman bebas virus, seperti pada tanaman kentang, tebu, dan anggrek. Kultur Kalus Kultur kalus merupakan induksi dan pertumbuhan aspetik kalus secara in vitro yang bertujuan untuk mendapatkan tanaman yang baru (diperbaiki sifatnya) atau untuk mendapatkan produk sekunder tanaman. Teknik kultur kalus telah digunakan untuk berbagai tujuan, antara lain: a) menghasilkan varian genetik yang berguna, b) penyaringan sel-sel secara in vitro bagi tipe-tipe yang memiliki karakter berguna, dan c) memproduksi produk kimia yang berguna. Salah satu teknik kultur kalus yang umum digunakan adalah untuk memperoleh keragaman somaklonal dan seleksi in vitro galur-galur sel terhadap cekaman kekeringan, garam, herbisida, patogen, atau virus. Kultur Anter Kultur anter merupakan isolasi steril anter dan perkembangan kultur kalus haploid dari polen secara in vitro. Teknik kultur anter berguna, antara lain untuk: a) produksi haploid untuk memproduksi dengan cepat homozigot dan b) seleksi bentukbentuk mutan. Kultur Jaringan Tanaman 7
Teknik untuk mendapatkan tanaman homozigot adalah melalui penanaman anter tanaman F1 setelah dilakukan persilangan dari tetua tanaman yang kita kehendaki (Gambar 1.2). Kalus haploid yang terbentuk kemudian diseleksi. Tanaman homozigot diperoleh melalui aplikasi kolkisin (penggandaan kromosom). Gambar 1.2. Pembentukan Tanaman Homozigot Melalui Kultur Anter 8 Irfan Suliansyah
Kultur Protoplas Kultur protoplas merupakan isolasi steril protoplas yang bertujuan untuk memodifikasi genetik sel. Teknik kultur protoplas telah digunakan pada sejumlah percobaan, seperti fusi protoplas dan injeksi DNA secara langsung (mikroinjeksi dan microprojectile bombardment). Soal-Soal Latihan 1. Uraikan tentang definisi/pengertian kultur jaringan tanaman! 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan totipotensi sel! 3. Jelaskan perkembangan kultur jaringan secara umum dan bagaimana prospeknya? 4. Uraikan beberapa tipe kultur jaringan tanaman dan apa manfaatnya! Pustaka Acuan Bhojwani, S. S. and M. K. Razdan. 1983. Plant Tissue Culture: Theory and Practice. Elsevier Sci. Publ. Co: Amsterdam. George, E. F. and P. D. Sherrington. 1984. Plant Propagation by Tissue Culture. Exegetics Ltd. Eversley. Basingstoke: England. 709 p. Gunawan, L. W. 1987. Teknik Kultur Jaringan. Laboratorium Kultur Jaringan Tanaman. PAU-Bioteknologi, IPB. 252 hal. Murashige, T. 1974. Plant propagation through tissue culture. Ann. Rev. Plant Physiol. 25: 135-166. Pierik, R. L. M. 1987. In Vitro Culture of Higher Plants. Martinus Nijhoff Publ., Dordrecht. Kultur Jaringan Tanaman 9