Teknik Kultur In Vitro Tanaman Sri Sumarsih Prodi Agroteknologi Fakultas Pertanian UPN Veteran Yogyakarta Email: Sumarsih_03@yahoo.com Weblog: Sumarsih07.wordpress.com Website: agriculture.upnyk.ac.id Bab I : Pendahuluan Prinsip dasar kultur jaringan tanaman Kultur jaringan dalam bioteknologi pertanian Beberapa terminologi Prinsip dasar kultur jaringan tanaman BUDIDAYA (KULTUR) JARINGAN : Metode mengisolasi bagian dr tanaman (protoplasma, sel, sekelompok sel, jaringan / organ) (aseptik) menumbuhkannya memperbanyak diri & Bagian tanaman mampu beregenerasi menjadi tanaman lengkap Sel/protoplasma sel tanaman Jaringan tanaman Organ/bagian tanaman beregenerasi tanaman lengkap 1
Tiga kemampuan dasar tanaman Totipotensi (Total genetic potential) Potensi atau kemampuan bawaan sel tanaman untuk berkembang menjadi tanaman lengkap pada kondisi yang sesuai. Seluruh informasi genetik untuk pertumbuhan dan reproduksi makhluk hidup ada di dalam sel. Dediferensiasi Kemampuan sel dewasa untuk kembali menjadi kondisi meristematik dan berkembang menjadi titik tumbuh baru, diikuti rediferensiasi yang dapat mengatur untuk membentuk organ tanaman baru. Kompetensi Potensi dalam tanaman untuk membentuk sel atau jaringan berkembang sesuai sifat masingmasing Zat pengatur pertumbuhan tanaman Dua hormon tanaman yang mempengaruhi diferensiasi jaringan tanaman: Auxin: merangsang pertumbuhan akar Cytokinin: merangsang pertumbuhan pucuk Perbandingan 2 hormon menyebabkan perkembangan tanaman: Auxin Cytokinin = perkembangan akar Cytokinin Auxin = perkembangan pucuk Auxin = Cytokinin = perkembangan kalus Sel dan Jaringan Tanaman Jaringan Meristem Apical dan Axillary meristem 2
Meristem pada jaringan vaskular dan akar Kelebihan Kultur Jaringan : Tdk tergantung musim dan fakt lingk lain Tdk perlu daerah pembibitan yg luas Hanya perlu bag kecil dr tnm asal Membantu dlm usaha eliminasi patogen Memudahkan pertukaran plasma nutfah internasional Kultur jaringan sangat perlu pada tanaman yang : Persentase perkecambahan biji rendah Tnm hibrida dr tetua yg tdk menunjukkan male sterility Hibrida2 yg unik Perbanyakan pohon2 elite dan atau utk btg bawah Tnm yg selalu diperbanyak scr vegetatif MANFAAT KULTUR JARINGAN DALAM PEMULIAAN TANAMAN Manipulasi jml kromosom mel bahan kimia colchicine Tnm haploid & double haploid yg homogeneous (kultur anther/mikrospora) Pollinasi in vitro & pertumb embrio yg scr normal abortif Hibridisasi somatik mel teknik fusi protoplasma (intraspesifik/interspesifik) Variasi somaklonal Transfer DNA/organel utk memperoleh sifat tertentu 3
Aplikasi Kultur Jaringan dalam Bioteknologi Pertanian Micropropagation (perbanyakan tnm scr mikro) Pengawetan plasma nutfah Variasi somaklonal Produksi dihaploid Fusi protoplasma Produksi metabolit sekunder Rekayasa genetik Perbanyakan tanaman secara mikro (Mikropropagasi) Embriogenesis Embryogenesis secara langsung Embryogenesis scr tidak langsung melalui kalus Organogenesis Organogenesis melalui pembentukan kalus Pembentukan organ adventif secara langsung Microcutting Kultur meristem dan pucuk Kultur tunas Perbanyakan mikro (mikropropagasi): menumb bag tnm (media aseptik), memperbanyak hingga menghasilkan tnm sempurna dipindah ke media non aseptik Tujuan : Prod tnm dlm jmlh besar, dlm waktu singkat (Contoh: 4jt pucuk anggrek per tahun) Tanaman bebas patogen (virus) (bhn awal : meristem pucuk 0.1-0.3 mm, kombinasi thermotheraphy) Pembagian Kultur Jaringan Kultur organ (Kultur meristem, pucuk, embrio) Kultur kalus Kultur suspensi sel Kultur protoplasma Kultur haploid (Kultur anther, polen, ovul, ploidi) 4
Kultur Organ (Meristem) Kultur Organ (embrio) Eksplan berupa pucuk Ekspla n embri o Organogenesis Produksi akar, batang atau daun Organ tumbuh dari perkembangan meristem atau dari diferensiasi jaringan Melalui pembentukan kalus tetapi kadangkadang tanpa kalus Somatik Embriogenesis Embriogenesis: produksi embrio Embrio somatik: embrio dari somatik atau bukan sel kelamin Terjadi setelah pembentukan kalus 5
Somatik embriogenesis Kacang Tanah Definisi Kultur Embrio Isolasi secara steril embrio matang ataupun belum matang, dengan tujuan memperoleh tanaman yang viabel macam kultur embrio: Kultur embrio yg belum matang, utk mencegah keguguran : embryo rescue Kultur embrio matang, utk merangsang perkecambahan : embryo culture Contoh aplikasi kultur embrio 1. Memecahkan dormansi Pd Musa balbisiana, tdk mungkin memperoleh perkecambahan secara normal Cherry, hazel, acer : tanaman yg memiliki dormansi panjang 2.Mencegah gugurnya embrio pd persilangan interspesifik Persilangan ini sering menghasilkan biji dengan endosperm yg tdk sempurna, atau embrio yg lemah, kecil. Contoh: Kacang, Kapas, Tomat, Padi. 3. Hibridisasi utk produksi triploid (buah tanpa biji) Jeruk triploid Citrus sinensis Diploid citrus X tetraploid citrus = jeruk tanpa biji Pisang triploid Musa acuminata (AA) X Musa balbisiana (BB) = pisang tanpa biji (AAB) Perkembangan protocorm anggrek Embrio rescue pada biji anggrek yang hampir tidak punya cadangan makanan 6
Pengertian Kultur Kalus Kultur kalus tanaman padi Kultur kalus bertujuan untuk memperoleh kalus dari eksplan yang diisolasi dan ditumbuhkan dalam lingkungan terkendali Kalus diharapkan memperbanyak diri (massa selnya) secara terus menerus. Kalus dihasilkan dari kultur organ, dengan media diberi auksin atau sitokinin, kecuali untuk eksplan yang mengandung kambium dapat membentuk kalus tanpa diberi ZPT Aplikasi Kultur Kalus Dalam beberapa hal, perlu fase pertumbuhan kalus sebelum regenerasi via somatik embryogenesis atau organogenesis Untuk menghasilkan varian somaklonal (genetik atau epigenetik) Sebagai bahan awal kultur protoplast dan kultur suspensi Untuk produksi metabolit sekunder Digunakan untuk seleksi in vitro Kalus Kultur suspensi sel Potongan kalus digojok di media cair Subkultur kalus + Kultur suspensi di dalam bioreaktor stirer tank disaring 1 2 suspensi sel bebas atau agregat sel 7
Kultur Protoplasma Kultur Haploid (Anther/Mikrospora) 8