KULTUR AKAR TRANSGENIK DARI Trichosanthes cucumerina L.: BEBERAPA FAKTOR YANG BERPENGARUH TERHADAP PRODUKSI BIOMASSA DAN HASIL PROTEIN TOTAL, SERTA AKTIVITAS ANTICENDAWAN DARI PROTEIN ASAL AKAR TRANSGENIK Oleh DEW1 SUKMA PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANLAN BOGOR BOGOR 2002
ABSTRAK DEW1 SUKMA. Kultur Akar Transgenik dari Trrchosanthes cucumerina 1.: Beberapa Faktor yang Berpengaruh terhadap Produksi Biomassa dan Hasil Protein Total serta Aktivitas Anticendawan dari Protein Asal Akar Transgenik. Dibimbing oleh SUGENG SUDIATSO, SAID HARRAN dan SUDARSONO. Kultur akar transgenik (akar berambut) yang dihasilkan melalui infeksi dengan Agrobacterrum rhrzogenes telah banyak dilakukan pada berbagai tanaman terutama untuk memproduksi metabolit sekunder. Kultur akar berambut pada beberapa tanaman dari famili Cucurbitaceae Qlaporkan dapat digunakan untuk mempelajari keberadaan protein aktif yang dapat berfungsi sebagai anticendawan dan antikanker. Tujuan penelitian adalah menginduksi akar transgenik dari Trrchosanthes cucumerrna L. dengan bantuan Agrobacterrum rhrzogenes strain 9457, mengetahui pengaruh densitas eksplan dan urnur panen, kasein hidrolisat, serta sukrosa terhadap pertumbuhan, produksi biomassa dan produksi protein total dari kultur akar berambut, mempelajari stabilitas produksi biornassa dan protein total dari akar berambut serta menguji aktivitas anticendawan dari total protein asal akar berambut terhadap beberapa cendawan patogen tanaman. Dalam percobaan pertarna dilakukan induksi dan inisiasi kultur akar berambut dari kecambah in vrtro tanaman Trzchosanthes cucumerrna L., untuk mendapatkan akar transgenik yang turnbuh stabil dalam media tanpa penarnbahan zat pengatur turnbuh. Dalam percobaan kedua diuji pengaruh densitas eksplan awal(3,5,7 dan 9 ujung akar per botol) dikombinasikan dengan urnur panen (4, 8 dan 12 Hari Setelah Tanam (HST)), terhadap perturnbuhan dan hasil biomassa serta hasil protein total akar berambut. Dalam percobaan ketiga dipelajari pengaruh penambahan kasein hidrolisat (0, 50, 100, dan 150 mgll) dalam media terhadap produksi biomassa clan hasil protein total akar berambut. Sedangkan dalam percobaan keempat dipelajari pengaruh konsentrasi sukrosa (20, 30,40 dan 50 g/l) terhadap produksi biomassa dan hasil protein akar berambut. Untuk menguji stabilitas produksi setelah beberapa periode sub kultur, pada percobaan ke-5 diuji produksi biomassa akar transgenik setelah melewati tiga kali sub kultur dalam media yang mengandung sukrosa 40 atau 50 gll. Akhirnya pada percobaan keenam dilakukan uji pendahuluan untuk mengetahui keberadaan protein anticendawan yang diisolasi dari akar transgenik. Uji aktivitas anticendawan dilakukan terhadap patogen Fusarrum sp. Sclerotrum rolfsrr, Rhrzoctonra solanr, Colletotrrcum gloeosporordes dan Colletotricum conyzordes.. Hasil penelitian pada percobaan pertarna menunjukkan akar rambut dapat diinduksi dari kecambah Trrchosanthes cucumerina L. dengan bantuan Agrobacterrum rhrzogenes. Efisiensi induksi akar rambut mencapai 43% dari total eksplan yang diinokulasi dengan Agrobacterrum. Identifikasi akar transgenik dilakukan dengan menanam akar rambut dalam media MS (Murashige-Skoog) tanpa zat pengatur turnbuh tanaman. Kontrol akar normal tidak berkembang dalam media tanpa ZPT sedangkan akar transgenik mampu turnbuh normal. Dari 43 galur akar rambut yang diisolasi, berhasil diperoleh satu galur akar transgenik yang tumbuh normal dan berkembang dalam media MS tanpa ZPT. Hasil pengujian densitas eksplan awal yang ditanam dalam 25 ml media menunjukkan bahwa produksi biomassa akar rambut yang dipanen pada 12 HST
tidak dipengaruhi oleh jumlah eksplan awal. Tetapi tahapan fase stasioner dari akar transgenik yang ditanam lebih cepat tercapai pada kultur dengan eksplan awal 5-9 eksplan per botol. Hasil protein total tidak dipengaruhi oleh densitas eksplan awal namun tergantung pada umur panen. Meskipun demikian, densitas eksplan awal9 ujung akar cenderung menghasilkan protein total tertinggi. Perlakuan kasein hidrolisat (0, 50, 100, 150 mg/l) tidak berpengamh nyata terhadap produksi biomassa namun cenderung menekan produksi biomassa. Sedangkan kadar protein nyata meningkat dengan penarnbahan kasein hidrolisat 50 mg/l. Tetapi hasil protein total paling tinggi dihasilkan pada media tanpa kasein hidrolisat. Peningkatan konsentrasi sukrosa (20, 30, 40, 50 gll) nyata meningkatkan produksi biomassa yang mencapai maksimal pada sukrosa 40 g/l. Kadar protein nyata menurun dengan meningkatnya konsentrasi sukrosa. Sukrosa 40 gll memberikan hasil protein total yang paling tinggi. Uji kestabilan produksi biomassa dilakukan pada sukrosa 40 dan 50 g/l dan dilihat dalam 3 kali sub kultur atau 3 kali pemanenan. Hasil percobaan menunjukkan ketidakstabilan pertumbuhan dan produksi biomassa maupun protein akar berambut karena pada konsentrasi sukrosa yang tingg. Produksi biomassa, kadar maupun hasil protein total menurun pada sub kultur 2 dan 3. Morfologr akar berambut menjadi lebih gemuk, tebal dan kaku pada sub kultur ke- 2 dan ke-3. Uji pendahuluan aktivitas anticendawan dari protein yang dihasilkan pada berbagai perlakuan belurn berhasil baik. Walaupun demikian inqkasi penghambatan pertumbuhan ditemukan pada Fusarium sp. dan Sclerotium rolfsil. Indikasi penghambatan pertumbuhan pada Fusarium sp. diperoleh dari pengujian dengan protein akar berambut hasil perlakuan dengan sukrosa 50 g/l dengan tipe penghambatan yang tidak begitu spesifik. Pada Sclerotium rolfsii indikasi penghambatan ditemukan pada pengujian dengan protein akar berambut hasil perlakuan dengan sukrosa 40 g/l pada sub kultur kedua dalam uji stabilitas produksi biomassa dan protein. Penghambatan pada kedua cendawan tersebut belurn menunjukkan hasil yang konsisten antar ulangan.
SURAT PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : KULTUR AKAR TRANSGENIK DARI Trichosanthes cucumerina L. : BEBERAPA FAKTOR YANG BERPENGARUH TERHADAP PRODUKSI BIOMASSA DAN HASIL PROTEIN TOTAL, SERTA AKTIVITAS ANTICENDAWAN DARI PROTEIN ASAL AKAR TRANSGENIK Adalah benar merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah dipublikasikan. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah Qnyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya. Bogor, Februari 2002
KULTUR AKAR TRANSGENIK DARI Trichosanthes cucumerina L.: BEBERAPA FAKTOR YANG BERPENGARUH TERHADAP PRODUKSI BIOMASSA DAN HASIL PROTEIN TOTAL, SERTA AKTIVITAS ANTICENDAWAN DARI PROTEIN ASAL AKAR TRANSGENIK Oleh DEW1 SUKMA 98495-AGR Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Agronomi PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2002
Judul Tesis : Kultur Akar Transgenik dari Trichosanthes cucumerina L.: Beberapa Faktor yang Berpengaruh terhadap Produksi Biornassa dan Wasil Protein Total, serta Aktivitas Anticenclawan dari Protein Asal Akar Transgenik Nama : Bewi Sukma NRP : 98495 Program Studi : Agronorni Menyetujui 1. Komisi Pembimbing Praf Dr. Ir. Su6eng Sudiats~. M.S k Ketua Dr. Ir. a' Harran Dr. Ir. Sudarsono, M.Sc. Anggota Mengetahui, Tanggal Lulus :
RIWAYAT HIJIt.JP Penulis dilahlrkan di Kabupaten 50 Kota, Sumatera Barat pada tanggal 4 April 1970, sebagai anak ketiga dari Bapak M. Dt. Mudo nan Panjang dan Ibu Rasima Ali. Jenjang pendidikan dari SD dan SMP diselesaikan di Kabupaten 50 Kota, sedangkan SMA di Kotamadya Payakwnbuh, Sumatera Barat. Gelar Sarjana Pertanian diperoleh dari Institut Pertanian Bogor pada tahun 1994. Pada tahun 1997 penulis menikah dengan Ir. Susilan Hidayat dan telah dikaruniai seorang anak bernama Muhammad Imam Adi Wicaksana. Penulis bekerja sebagai staf pengajar di Jurusan Budidaya Pertanian, Fakultas Pertanian IPB sejak tahun 1997. Tahun 1998 penulis melanjutkan studi S2 di Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor dengan bantuan biaya dari Proyek Hibah Tim-URGE. Pada tahun 2000, penulis memperoleh beasiswa dari Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi melalui program BPPS.
PRAKATA Puji dan syukw penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah : Kultur Akar Transgenik dari Trichosanthes crccumerina L. : Beberapa Faktor yang Berpengaruh terhadap Produksi Biomassa dan Easil Protein Total, serta Aktivitas Anticendawan dari Protein Asal Akar Transgenik Penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Prof Dr. Ir. Sugeng Sudiatso, MS., Bapak Dr. Ir. Said Harran, dan Bapak Dr. Ir. Sudarsono, M.Sc, selaku komisi jxmbimbing, atas segala bimbingan, petunjuk dan pengarahannya selama penelitian sampai selesainya penulisan tesis ini. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan untuk Ibu Prof. Dr. Ir. Livy Winata (Alm), yang telah membimbing penulis dalam penelitian pendahuluan. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada Dirjen Pendidikan Tinggi- Pengelola Beasiswa BPPS dan Pimpinan Proyek Hibah Tim-URGE atas bantuan biaya studi dan penelitian. Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada Dekan Fakultas Pertanian, Ketua Jurusan Budidaya Pertanian, Ketua Lab. Produksi Tanaman, yang telah memberikan ijin dan dukungan pada penulis dalam penyelesaian studi. Kepada Ir. Yusnita, M.Sc. dan Ir. Dwi Hapsoro, M.Sc, terimakasih yang talc terhingga atas segala bantuannya. Terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada suami dan anak tercinta, Bapak dan Ibu serta seluruh keluarga atas segala doa, bantuan dan dorongan yang telah diberikan. Akhirnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, penulis ucapkan terimakasih. Semoga Allah SWT membalas segala budi baiknya dengan balasan yang berlipat ganda. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pengguna. Bogor, Februari 2002 Penulis
DAFTAR IS1 Halaman DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... xii Latar Belakang... Tujuan Penelitian... Hipotesis... Manfaat Penelitian... TINJAUAN PUSTAKA... Botani Trichosanthes sp... Protein Aktif dalam Tanaman... Inisiasi Kultur Akar Transgenik... Akar Berambut dari Tanaman Cucurbitaceae... Kultur Akar Berambut untuk Produksi Metabolit Sekunder... Produksi Biomassa dan Senyawa Target dalam Kultur Akar Berambut... Daftar Pustaka... KULTUR AKAR TRANSGENIK Trichosanthes cucumerina L. SERTA PENGARUH DENSITAS EKSPLAN AWAL. UMUR PANEN DAN KASEIN HIDROLISAT TERHADAP PRODUKSI BIOMASSA DAN PROTEIN TOTAL AKAR TRANSGENIK... Abstrak... Pendahuluan... Bahan dan Metode... Hasil... Pembahasan... Kesimpulan... Daftar Pustaka... UJI PENGARUH SUKROSA DAN STABILITAS PRODUKSI BIOMASSA SERTA PROTEIN TOTAL DAN AKAR TRANSGENIK Trichosanthes cucumerina L... Abstrak... Pendahuluan... Bahan dan Metode... Hasil... Pembahasan... Kesimpulan... Daf ar Pustaka...
UJI PENDAHULUAN AKTIVITAS ANTICENDAWAN DAlU PROTEIN TOTAL AKAR BERAMBUT Trichosanthes cucumerina L... Abstrak... Pendahuluan... Bahan dan Metode... Hasil dan Pembahasan... Kesimpulan... Dam Pustaka... PEMB AHAS AN... KESIMPULAN DAN SARAN...
DAFTAR TABEL Halaman Bobot segar dan persentase bahan kering akar berambut Trichosanthes cucumerina L pada beberapa densitas eksplan awal dan umur panen... 36 Bobot kering akar berambut Trichosanthes cucumerina L pada beberapa densitas eksplan awal dan umu panen... 36 Kadar protein total dan hasil protein total dari akar berambut Trichosanthes cucumerina L pada beberapa densitas eksplan awal dan umur panen... Bobot segar, bobot kering dan persentase bobot bahan kering akar berambut Trichosanthes cucumerina L pada berbagai konsentrasi kasein hidrolisat... Kadar protein total dan hasil protein total dari akar bermbut Trichosanthes cucumerina L pada beberapa konsentrasi kasein hidrolisat... Produksi biomassa segar, biomassa kering dan persen bahan kering dari akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada beberapa konsentrasi sukrosa..... Kadar protein total dan hasil protein total dari akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada beberapa konsentrasi sukrosa Bobot segar, bobot kering dan persen bahan kering dari akar berarnbut Trichosanthes cucumerina L. pada dua taraf sukrosa dalam 3 kali pemanenan... Kadar protein dan hasil protein total dari akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada dua konsentrasi sukrosa dalam 3 kali pemanenan... Hasil uji aktivitas anticendawan pada beberapa surnber protein dari akar berambut Trichosanthes cucumerina L....
DAFTAR GAMBAR Halaman Morfologi tanaman Trichosanthes cucumerina L.... 7 Akar adventif yang muncul di lokasi infeksi dengan Agrobacterium rhizogenes dan akar berambut yang telah tumbuh stabil dalam media MS 0 + 3% sukrosa tanpa ZPT dengan kondisi cahaya terang terus menerus dan kondisi cahaya rendah.... Morfolog akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada berbagai densitas eksplan awal pada umur kultur 4 HST... Morfologi akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada berbagai densitas eksplan awal pada urnur kultur 8 HST.... Morfologi akar berarnbut Trichosanthes cucumerina L. pada berbagai densitas eksplan awal pada umur kultur 12 HST.... Morfologi akar berarnbut Trichosanthes cucumerina L. hasil perlakuan kasein hidrolisat pada umur Mtur 12 HST.... Morfologi akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada beberapa konsentrasi sukrosa pada umur Mtur 12 HST... Morfologi akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada sukrosa 40 dan 50 g/l pada sub kultur ke-iii, urnur kultur 14 HST.... 67 Metode uji aktivitas anticendawan dan protein total akar berambut... Hasil uji aktivitas anticendawan dm protein total akar berambut Trichosanthes cucumerina L. pada Sclerotium rolfsii dan Fusarium sp....