Pengembangan Metode Kultur Jaringan Skala Rumah Tangga (Development of Economic Home-Scale Tissue Culture)

Abstrak. Kultur jaringan merupakan perkembangbiakan sel, jaringan, dan organ tanaman pada media padat atau cair yang dilakukan pada lingkungan aseptik dan terkendali. Umumnya, kultur jaringan dilakukan pada skala laboratorium namun dapat juga diaplikasikan pada skala rumah dengan memodifikasi alat dan bahan yang digunakan serta lingkungan yang optimal bagi pertumbuhan eksplan. Namun demikian, belum ada penelitian ilmiah mengenai perbedaan antara kultur jaringan skala laboratorium dengan rumah. Panci presto (tekanan 13 lbs, waktu 5-10 menit, dan suhu 105-120°C) digunakan untuk mensterilisasi media MS0 pada skala rumah sebagai modifikasi autoklaf (tekanan 15 lbs, waktu 15 menit, dan suhu 121°C). Tingkat kontaminasi yang terjadi bergantung pada lokasi dan lama penyimpanan media (P interaksi: 0.000; Anova Two Way). Tingkat kontaminasi berkorelasi positif dengan lamanya media disimpan (P: 0.000, R²: 0.484; Spearman Correlation Test) dan kelembaban lingkungan (P: 0.01, R²: 0.234, Spearman Correlation Test). Sterilisasi eksplan menunjukkan bahwa penggunaan Bayclin^® 10% dan Tween^® 20 memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan penggunaan Sunlight^®, Bayclin^® 10%, dan Tween^® 20. Laminar air flow yang digunakan untuk inisiasi skala laboratorium dimodifikasi menjadi kotak plastik 220 L yang diberi exhaust fan pada skala rumah. Media MS dengan komposisi zat pengatur tumbuh BAP dan NAA masing-masing 0.1 ppm digunakan sebagai media inisiasi. Hasil inisiasi menunjukkan lamanya waktu pengulturan memiliki korelasi positif dengan laju kenaikan panjang eksplan (P: 0.000; R²: 0.789; Uji Korelasi Spearman) dan pertambahan jumlah daun (P: 0.000, R²: 0.758; Uji Korelasi Spearman). Inisiasi dan subkultur pada skala laboratorium dan rumah menunjukkan hasil dan performa yang tidak berbeda nyata terhadap suhu, kelembaban, intensitas cahaya, laju pertambahan panjang eksplan, pertambahan jumlah daun, dan pertambahan jumlah tunas.

Abstract. Plant tissue culture refers to growing and multiplication of cells, tissues, and organs of plants on defined solid or liquid media under aseptic and controlled environment. In general, tissue culture is performed on lab-scale but actually it can also be done at home-scale by modification of materials used, and optimizing environment condition. Pressure cooker (Pressure of 13 lbs, 5-10 minutes, and temperature of 105-120°C) was used to sterilize media on the home-scale as a modification of an autoclave (pressure of 15 lbs, 15 minutes, and temperature of 121°C). Contamination level of medium sterilized in home-scale showed a significant difference with lab-scale, depending on where the location of sterilization and length of storage time (P interaction: 0.000; Two Way Anova Test). The longer media stored the greater likelihood of contamination (P: 0.000, R²: 0.484; Spearman Correlation Test). Contamination could also occurs because of high humidity environment (P: 0.01, R²: 0.234; Spearman Correlation Test). Explant sterilization using Bayclin^® 10% and Tween^® 20 (method B) showed better results compared to Sunlight^®, Bayclin^® 10%, and Tween^® 20 (method A) in explant decontamination. Laminar air flow was substituted with modified inverted 220 L plastic box with an exhaust fan for initiation stage. Murashige and Skoog (MS) supplemented with 0.1 ppm of BAP and NAA was used as plant growth regulators. The result of initiation stage showed that culturing time influenced the increment of explants height (P: 0.000; R²: 0.789;Spearman Correlation Test) and leaf number (P: 0.000, R²: 0.758; Spearman Correlation Test). Initiation and subculture in laboratory-scale and home-scale showed not  significantly difference depending on temperature, humidity, light intensity, increment of explants height, leaf number, and shoot number.

Keywords: Economic, Home-Scale, Saintpaulia ionantha.

Pendahuluan

Pemenuhan tanaman dalam jumlah yang besar dalam waktu yang relatif singkat dapat dilakukan dengan teknik kultur jaringan. Umumnya teknik kultur jaringan dilakukan pada skala laboratorium karena membutuhkan kondisi aseptik dan dikerjakan oleh tenaga ahli. Akan tetapi, seiring dengan kebutuhan kultur jaringan yang lebih bernilai ekonomis, teknik ini mampu diaplikasikan pada skala rumah tangga dan dikerjakan oleh masyarakat awam. Sebagai contoh terdapat sebuah organisasi yang telah merintis kultur jaringan skala rumah tangga bernama ”Kitchen Culture Education Technologies Inc.” Organisasi ini sudah pernah mengembangkan kultur jaringan skala rumah tangga dengan menggunakan tanaman Strelitzia reginae, Sarchochillus Elizabeth, Saintpaulia sp., dan Dionae muscipula (www.kitchencultureeducation.org). Selain itu, di Indonesia juga telah dilakukan pelatihan kultur jaringan skala rumah tangga (http://dapurkuljar.blogspot.com/).

Modal yang dibutuhkan untuk skala rumah tangga tidak terlalu besar tetapi tetap dapat memenuhi kebutuhan alat, bahan, dan pelaksanaan kultur jaringan. Alat dan bahan yang semula membutuhkan biaya yang besar pada skala laboratorium dapat dimodifikasi sehingga biaya lebih terjangkau. Berdasarkan berbagai penelitian kultur jaringan skala rumah tangga yang telah dilakukan, belum ada yang membandingkan performa dan hasil secara ilmiah dari sisi metode, peralatan, dan material yang digunakan antara kultur jaringan skala rumah tangga dan laboratorium. 

mengenal kloning (cloning)

Kloning merupakan "proses penggandaan makhluk hidup dengan cara nucleus 

transfer dari sel janin yang sudah berdiferensiasi dari sel dewasa", atau "penggandaan 

makhluk hidup menjadi banyak dengan memindahkan inti sel tubuh ke dalam indung telur 

pada tahap sebelum terjadi pemisahan sel-sel bagian-bagian tubuh. Kloning bisa juga 

diartikan sebagai teknik membuat keturunan berkode genetik yang sama dengan induknya 

pada makhluk hidup tertentu baik berupa tumbuhan, hewan, maupun manusia..

Kloning dilaksanakan dengan cara mengambil inti sel dari tubuh , lalu dimasukkan ke 

dalam sel telur. Lalu dengan bantuan cairan kimiawi khusus dan kejutan arus listrik, inti sel 

digabungkan dengan sel telur. Kemudian sel telur yang telah bercampur dengan inti sel 

tersebut ditransfer ke dalam rahim ibu agar dapat memperbanyak diri, berkembang, 

berdiferensiasi, dan berubah menjadi janin sempurna. Setelah itu keturunan yang dihasilkan 

dapat dilahirkan secara alami. Keturunan ini akan berkode genetik sama dengan induknya, 

yakni orang yang menjadi sumber inti sel tubuh yang telah ditanamkan pada sel telur 

beina tersebut.

Plant Tissue Culture (Teknik Kultur Jaringan)

Kultur jaringan atau tissue culture berasal dari dua kata yaitu kultur atau culture dan jaringan atau tissue. Kultur adalah budidaya, sedangkan jaringan adalah sekelompok sel yang mempunyai bentuk dan fungsi yang sama (Nugroho dan Sugito, 2005). Sehingga kultur jaringan berarti membudidayakan suatu jaringan tanaman menjadi tanaman kecil yang mempunyai sifat sama seperti induknya. Kultur jaringan tanaman yang juga disebut weefsel cultuss atau gewebe kultur merupakan teknik menumbuh kembangkan bagian tanaman, baik berupa sel, jaringan atau organ dalam kondisi aseptik secara in vitro. Teknik ini dicirikan oleh kondisi kultur yang aseptik, penggunaan media kultur buatan dengan kandungan nutrisi lengkap dan ZPT (zat pengatur tumbuh), serta kondisi ruang kultur yang suhu dan pencahayaannya terkontrol (Hendaryono dan Wijayani, 1994).

Mikropropagasi in vitro merupakan teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi bagian tanaman serta menumbuhkan bagian-bagian tersebut dalam medium buatan secara aseptik yang kaya nutrisi dan ZPT dalam wadah tertutup yang tembus cahaya sehingga bagian tanaman dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap (George et al. 2007). Mikropropagasi in vitro digunakan untuk produksi tanaman dengan genotipe tertentu dalam jumlah besar pada skala komersial. Mikropropagasi in vitro telah berhasil dilakukan untuk produksi dari berbagai spesies tanaman (mencapai 1000 jenis). Kebanyakan dari spesies tersebut berupa tanaman pangan, tanaman hutan, dan tanaman ornamental. Dengan demikian teknik ini banyak digunakan sebagai solusi dalam perbanyakan tanaman yang bijinya sulit dikecambahkan (recalcitrant) (Evans et al. 2003). 

Teori dasar dari mikropropagasi in vitro adalah totipotensi. Totipotensi dalam biologi sel menunjukkan kemampuan suatu sel dalam memperbanyak diri apabila diletakkan dilingkungan yang sesuai. Sel meristem pada tanaman yang berada pada titik tumbuh memiliki kemampuan ini. Jaringan meristem merupakan jaringan yang terdiri dari sel-sel yang aktif membelah, berdinding tipis, plasmanya penuh, dan vakuolanya kecil-kecil. Bagian yang masih bersifat meristematik umumnya digunakan sebagai eksplan, yaitu bagian kecil dari tanaman induk yang digunakan untuk kultur jaringan (George et al. 2007). 

Tahap selanjutnya dilakukan pembentukan organ dari eksplan yang diinduksi dengan menambahkan ZPT yang sesuai. Selanjutnya dilakukan metode multiplikasi pucuk menggunakan ZPT untuk menghasilkan pucuk. Setelah pucuk terbentuk, eksplan dapat dipindahkan ke medium segar untuk tahapan perkembangan dan perakaran. Pucuk yang telah memiliki akar (plantlet) dapat diaklimatisasi untuk ditumbuhkan di medium tanah. Plantlet hasil mikropropagasi in vitro pada umumnya memiliki sifat genetik yang identik (George et al. 2007).

Laboratorium Kultur Jaringan

Macadamia Nuts

Tanaman makadamia (Macadamia spp.) merupakan tanaman asli Australia. Beberapa spesies yang ditemukan pada tanaman ini adalah makadamia berkulit halus (M. integrifolia Maiden & Betche), makadamia berkulit kasar (M. tetraphylla L. Johnson), dan bentuk hibrid dari kedua spesies ini (CRFG 1997).

Kacang makadamia memiliki kulit biji yang sangat keras berwarna coklat serta dibungkus oleh kulit buah yang berwarna hijau. Kandungan minyak dan gula yang terdapat pada makadamia menyebabkan variasi warna dan tekstur ketika kacang makadamia dipanggang. Kandungan minyak pada M. integrifolia sekitar 80% dan gula 4%. Sedangkan kandungan minyak pada M. tetraphylla  sekitar 65-75% dan gula 6-8% (CRFG 1997).

 

Macadamia spp. merupakan tanaman yang sangat penting secara komersial di Australia, Afrika Selatan, dan Amerika Tengah. Tanaman ini dapat ditumbuhkan pada iklim tropis dan subtropis dengan curah hujan yang tinggi sepanjang tahun serta memperoleh cahaya matahari penuh. Tanah untuk tempat tumbuh makadamia sebaiknya memiliki kisaran pH 5.5–6.5 karena tanaman ini tidak dapat mentoleransi tanah atau air dengan konsentrasi garam yang tinggi (CRFG 1997).

Macadamia spp. dapat ditumbuhkan dari biji, namun proses ini membutuhkan waktu sekitar 8-12 tahun untuk menghasilkan tanaman baru dengan kualitas kacang yang dihasilkan tidak dapat diprediksi. Teknik penyambungan tanaman (grafting) merupakan cara lain untuk pembibitan pohon dan paling baik digunakan pada musim semi atau gugur, akan tetapi batang kayu Macadamia spp. cukup keras sehingga diperlukan orang yang berpengalaman untuk melakukan teknik penyambungan tersebut. Hasil dari penyambungan beberapa varietas makadamia dapat menghasilkan tanaman baru dalam waktu dua tahun, namun terdapat varietas lainnya yang membutuhkan waktu cukup lama sekitar 7-8 tahun untuk menghasilkan tanaman baru. Pohon yang baik pada umur 10 tahun akan menghasilkan 15-25 kg kacang dan mengalami peningkatan setiap tahun (CRFG 1997). 

Tentang Sel jasa hidup (Cell of life)

Sel adalah jasad hidup yang merupakan unit dasar dari suatu tanaman atau binatang. Sel mampu melakukan semua aktivitas kehidupan dan sebagian besar reaksi kimia untuk mempertahankan kehidupan berlangsung di dalam sel. Kebanyakan makhluk hidup tersusun atas sel tunggal, atau disebut organisme uniseluler, misalnya bakteri dan ameba. Makhluk hidup lainnya, termasuk tumbuhan, hewan, dan manusia, merupakan organisme multiseluler yang terdiri dari banyak tipe sel terspesialisasi dengan fungsinya masing-masing. Tubuh manusia, misalnya, tersusun atas lebih dari 1013 sel. Namun demikian, seluruh tubuh semua organisme berasal dari hasil pembelahan satu sel. Contohnya, tubuh bakteri berasal dari pembelahan sel bakteri induknya, sementara tubuh tikus berasal dari pembelahan sel telur induknya yang sudah dibuahi. sel terbagi menjadi dua golongan yakni sel prokariot dan sel eukariot.

Sel prokaryote adalah sel dimana kromosomnya bebas berada dalam sitoplasma dan tidak dibubgkus oleh suatu selaput dan tidak memiliki inti. bakteri dan ganggang hijau biru adalah contoh dari sel prokariot. 

Gambar Sel Prokariot.

Hampir semua sel prokariotik memiliki selubung sel di luar membran selnya. Jika selubung tersebut mengandung suatu lapisan kaku yang terbuat dari karbohidrat atau kompleks karbohidrat-protein, peptidoglikan, lapisan itu disebut sebagai dinding sel. Kebanyakan bakteri memiliki suatu membran luar yang menutupi lapisan peptidoglikan, dan ada pula bakteri yang memiliki selubung sel dari protein. Sementara itu, kebanyakan selubung sel arkea berbahan protein, walaupun ada juga yang berbahan peptidoglikan. Selubung sel prokariota mencegah sel pecah akibat tekanan osmotik pada lingkungan yang memiliki konsentrasi lebih rendah daripada isi sel.

Sejumlah prokariota memiliki struktur lain di luar selubung selnya. Banyak jenis bakteri memiliki lapisan di luar dinding sel yang disebut kapsul yang membantu sel bakteri melekat pada permukaan benda dan sel lain. Kapsul juga dapat membantu sel bakteri menghindar dari sel kekebalan tubuh manusia jenis tertentu. Selain itu, sejumlah bakteri melekat pada permukaan benda dan sel lain dengan benang protein yang disebut pilus (jamak: pili) dan fimbria (jamak: fimbriae). Banyak jenis bakteri bergerak menggunakan flagelum (jamak: flagela) yang melekat pada dinding selnya dan berputar seperti motor.

Gambar sel bakteri dilihat menggunakan mikroskop.

Prokariota umumnya memiliki satu molekul DNA dengan struktur lingkar yang terkonsentrasi pada nukleoid. Selain itu, prokariota sering kali juga memiliki bahan genetik tambahan yang disebut plasmid yang juga berstruktur DNA lingkar. Pada umumnya, plasmid tidak dibutuhkan oleh sel untuk pertumbuhan meskipun sering kali plasmid membawa gen tertentu yang memberikan keuntungan tambahan pada keadaan tertentu, misalnya resistansi terhadap antibiotik.

Tidak seperti prokariota, sel eukariota (bahasa Yunani, eu, 'sebenarnya' dan karyon) memiliki nukleus. Diameter sel eukariota biasanya 10 hingga 100 µm, sepuluh kali lebih besar daripada bakteri. Sitoplasma eukariota adalah daerah di antara nukleus dan membran sel. Sitoplasma ini terdiri dari medium semicair yang disebut sitosol, yang di dalamnya terdapat organel-organel dengan bentuk dan fungsi terspesialisasi serta sebagian besar tidak dimiliki prokariota. Kebanyakan organel dibatasi oleh satu lapis membran, namun ada pula yang dibatasi oleh dua membran, misalnya nukleus.

Selain nukleus, sejumlah organel lain dimiliki hampir semua sel eukariota, yaitu (1) mitokondria, tempat sebagian besar metabolisme energi sel terjadi; (2)retikulum endoplasma, suatu jaringan membran tempat sintesis glikoprotein dan lipid; (3) badan Golgi, yang mengarahkan hasil sintesis sel ke tempat tujuannya; serta (4) peroksisom, tempat perombakan asam lemak dan asam amino. Lisosom, yang menguraikan komponen sel yang rusak dan benda asing yang dimasukkan oleh sel, ditemukan pada sel hewan, tetapi tidak pada sel tumbuhan. Kloroplas, tempat terjadinya fotosintesis, hanya ditemukan pada sel-sel tertentu daun tumbuhan dan sejumlah organisme uniseluler. Baik sel tumbuhan maupun sejumlah eukariota uniseluler memiliki satu atau lebih vakuola, yaitu organel tempat menyimpan nutrien dan limbah serta tempat terjadinya sejumlah reaksi penguraian.

Jaringan protein serat sitoskeleton mempertahankan bentuk sel dan mengendalikan pergerakan struktur di dalam sel eukariota. Sentriol, yang hanya ditemukan pada sel hewan di dekat nukleus, juga terbuat dari sitoskeleton. Dinding sel yang kaku, terbuat dari selulosa dan polimer lain, mengelilingi sel tumbuhan dan membuatnya kuat dan tegar. Fungi juga memiliki dinding sel, namun komposisinya berbeda dari dinding sel bakteri maupun tumbuhan. Di antara dinding sel tumbuhan yang bersebelahan terdapat saluran yang disebut plasmodesmata.

Apa itu Bioteknologi?

1) “Bio” berarti agen hayati (living things) meliputi : organisme, jaringan,sel, maupun komponen sub selulernya (misalnya enzim)

2) "Tekno” berarti teknik atau rekayasa (engineering) meliputi segala sesuatu yang berkaitan dengan rancang-bangun, misalnya untuk rancang bangun suatu bioreaktor. Adapun cakupan teknik dalam bioteknologi sangatlah luas, antara lain teknik industri dan kimia.

3)“Logi” berarti ilmu pengetahuan (sains), mencakup biologi, kimia, fisika, matematika dan sebagainya.

Beberapa pakar mengemukakan pengertian Bioteknologi, antara lain:

1) Bull et al. (1982) mendefinisikan Bioteknologi sebagai penerapan asas-asas sains dan rekayasa (teknologi) untuk pengolahan suatu bahan dengan melibatkan aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan barang dan atau jasa.

2) Primrose (1987) mengemukakan secara lebih sederhana bahwa Bioteknologi merupakan eksploitasi komersial organisme hidup atau komponennya (misalnya: enzim)

3) Menurut Organisation for Economic Co-operation and Development 

(1982), Bioteknologi merupakan penerapan prinsip-prinsip ilmu pengetahuan dan kerekayasaan untuk penanganandan pengolahan bahan dengan batuan agen biologis untuk menghasilkan barang dan jasa.

4) Office of Technical Assistance-US (1982) mendefinisikan Bioteknologi sebagai teknik pendayagunaan organisme hidup atau bagian organisme untuk membuat atau memodifikasisuatu produk dan meningkatkan atau memperbaiki sifat tanaman atau hewan atau mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus.

5) European Federation of Biotechnology 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. EFB menyataan secara tegas bahwa Bioteknologi merupakan penggunaan terpadu biokimia, mikrobiologi, dan ilmu-ilmu keteknikan dengan bantuan mikroba, bagian-bagian mikroba atau sel dan jaringan organisme yang lebih tinggi dalam penerapannya secara teknologi dan industri.

DNA sebagai bahan dasar teknik biologi.