ANATOMI SALURAN PENCERNAAN RAYAP BAGIAN TENGAH DAN BELAKANG PADA RAYAP Macrotermes gilvus
UTAMI RAHADIANI
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Anatomi Saluran Pencernaan Rayap Bagian Tengah dan Belakang Pada Rayap Macrotermes gilvus adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2014 Utami Rahadiani NIM G34080073
ABSTRAK UTAMI RAHADIANI. Anatomi Saluran Pencernaan Rayap Bagian Tengah dan Belakang Pada Rayap Macrotermes gilvus. Dibimbing oleh RIKA RAFFIUDIN dan TARUNI SRI PRAWASTI. Rayap termasuk serangga sosial yang hidup berkoloni. Koloni rayap terdiri atas tiga kasta, yaitu kasta prajurit, pekerja, dan reproduktif. Rayap yang digunakan pada penelitian ini ialah rayap tanah dari kasta pekerja Macrotermes gilvus. Rayap tanah dari kasta pekerja M. gilvus diteliti karena belum tersedia data mengenai saluran pencernaan rayap. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari struktur dan anatomi saluran pencernaaan rayap M. gilvus. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat membantu untuk lebih memahami proses pencernaan rayap tanah kasta pekerja M. gilvus. Pengamatan saluran pencernaan rayap menggunakan metode embedding parafin. Pada penelitian ini bagian usus yang diamati pada rayap kasta pekerja M. gilvus ialah bagian usus tengah, enteric valve, dan usus belakang. Di antara usus tengah dan usus belakang terdapat enteric valve dengan empat buah lipatan ke arah lumen yang membentuk struktur menyerupai katup. Berdasarkan preparat penampang melintang usus tengah M. gilvus bagianbagian yang dapat diamati ialah sel-sel epitel, lapisan sel-sel otot yang tipis dan lumen di bagian tengah. Sel epitel berbentuk batang terdapat pada usus belakang. Pada usus tengah, enteric valve dan usus belakang memiliki lapisan otot yang tipis. Tidak terdapat sekum gastrik pada rayap. Kata Kunci: Rayap tanah, saluran pencernaan, enteric valve, sekum gastrik
ABSTRACT UTAMI RAHADIANI. Anatomy of Midgut and Hindgut of Termite Macrotermes gilvus. Supervised by RIKA RAFFIUDIN and TARUNI SRI PRAWASTI. Termites are social insects that live in colonies. Termite colony consists of three castes, soldiers caste, worker, and reproductives. This study used ground termites of worker caste Macrotermes gilvus because there is no data on the digestive tract of this termites yet. The aim of this study was to examine the worker midgut and hindgut of M. gilvus. Observations in the digestive tract of termites using parafin embedding method. This study observed enteric valve in the middle of midgut and hindgut. The enteric valve show four folded into the lumen forming a valve. Midgut of M. gilvus consisted of epithlial cells, muscle cells and lumen in the middle. There is no gastric caecum found in termites. Keywords : Ground termites, alimentary canal, enteric valve, gastric caecum
ANATOMI SALURAN PENCERNAAN RAYAP BAGIAN TENGAH DAN BELAKANG PADA RAYAP Macrotermes gilvus
UTAMI RAHADIANI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini berjudul “Anatomi Saluran Pencernaan Rayap Bagian Tengah dan Belakang Pada Rayap Macrotermes gilvus”. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 2012 sampai bulan Februari 2013. Pengambilan sampel rayap dilaksanakan di daerah Bogor. Pembuatan preparat, pengamatan, dan pengukuran saluran pencernaan dilaksanakan di bagian Biosistematika dan Ekologi Hewan, Departemen Biologi FMIPA IPB. Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: Ibu Dr. Ir. Rika Raffiudin, M.Si, Ibu Dra. Taruni Sri Prawasti, M.Si, ibu Dr. Nisa Rachmania Mubarik, M.Si selaku pembimbing dan penguji atas ilmu yang diberikan selama ini serta kepada semua pegawai di Lab Biosistematika dan Ekologi Hewan atas semua bantuan dan fasilitas yang telah diberikan. Penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada Ibu Tini, Ibu Ani, Ibu Retno, Bapak Edi atas bantuan dan saran-sarannya selama penelitian, serta teman-teman di lab Biosistematika dan Ekologi Hewan dan Biologi angkatan 45; juga tidak lupa terima kasih untuk kedua orang tua yang senantiasa memberikan doa, pengertian, kasih sayang serta dorongan semangatnya selama ini. Harapan penulis ialah semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat. Bogor, September 2014 Utami Rahadiani
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Bahan
2
Alat
2
Koleksi Rayap Tanah
2
Identifikasi Rayap Tanah
2
Preparat Rayap Tanah
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
3
Ciri-ciri Kasta Prajurit Rayap M. gilvus
3
Struktur Saluran Pencernaan Rayap Tanah
3
SIMPULAN DAN SARAN
5
Simpulan
5
Saran
6
DAFTAR PUSTAKA
6
RIWAYAT HIDUP
7
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4
Rayap M. gilvus kasta prajurit mayor Penampang melintang usus tengah rayap tanah kasta pekerja M. gilvus Penampang melintang enteric valve rayap tanah kasta pekerja M. gilvus Penampang melintang usus belakang rayap tanah kasta pekerja M. gilvus
3 4 5 5
PENDAHULUAN Latar Belakang Rayap (Ordo Isoptera) merupakan serangga sosial yang banyak ditemukan di daerah tropis. Rayap hidup berkoloni dan terdiri atas tiga kasta yaitu kasta reproduktif, kasta prajurit, dan kasta pekerja. Berdasarkan simbion protozoa di usus rayap, rayap dapat dibedakan menjadi rayap tingkat rendah dan rayap tingkat tinggi, rayap tingkat rendah terdiri atas famili Mastotermitidae, Serritermitidae, Holotermitidae, Rhinotermitidae, dan Kalotermitidae sedangkan rayap tingkat tinggi terdiri atas famili Termitidae (Krishna & Weesner 1969). Rayap tingkat rendah memiliki protozoa sebagai organisme simbiotik pada usus belakang untuk mencerna selulosa, sedangkan rayap tingkat tinggi seperti Famili Termitidae memiliki bakteri untuk mencerna selulosa (Krishna & Weesner 1969). Berdasarkan habitatnya rayap dibagi menjadi rayap kayu (wood dweller) dan rayap tanah (ground dweller). Rayap kayu terdiri atas rayap kayu lembab (damp wood termites) dan rayap kayu kering (dry wood termites) sedangkan rayap tanah terdiri atas rayap bersarang karton (carton nest), rayap bersarang bukit (mount nest), dan rayap tanah (subterranean termite) (Roonwall 1979) Penelitian ini menggunakan rayap tanah kasta pekerja Macrotermes gilvus yang termasuk ke dalam famili Termitidae yang merupakan rayap yang paling maju dan beragam. Identifikasi rayap tanah dilakukan sampai tingkat spesies, yaitu berdasarkan morfologi rayap kasta prajurit. Saluran pencernaan sangat penting bagi serangga pada umumya dan khususnya pada rayap karena pada saluran pencernaan rayap terdapat bakteri dan protozoa yang membantu rayap dalam menghancurkan selulosa (Noirot & Noirot Timothee 1969). Saluran pencernaan serangga secara umum terdiri atas bagian depan, tengah, dan belakang. Saluran pencernaan bagian depan terdiri atas mulut, faring, esofagus, tembolok, proventrikulus dan sekum gastrik. Bagian tengah saluran pencernaan serangga terdiri atas ventrikulus, tubulus Malphighi, dan pilorus. Bagian belakang saluran pencernaan serangga terdiri atas ileum, rektum, dan anus (Chapman 1969). Penelitian ini menggunakan rayap tanah dari kasta pekerja M. gilvus. Rayap tanah dari kasta pekerja M. gilvus dipilih karena data mengenai saluran pencernaan rayap M. gilvus belum tersedia. Struktur saluran pencernaan rayap kasta pekerja Neotermes bosei telah diteliti yaitu usus depan terdiri atas esofagus, tembolok, dan proventrikulus. Usus tengah hanya terdiri atas ventrikulus. Usus belakang terdiri atas lima bagian, yaitu saluran pendek, enteric valve, kantung rektum, kolon, dan rektum (Hariprabowo 2006). Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat membantu untuk lebih memahami proses pencernaan rayap tanah kasta pekerja M. gilvus. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari anatomi saluran pencernaan bagian belakang dan tengah pada rayap kasta pekerja M. gilvus.
2
METODE Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 2012 hingga Februari 2013 di Bagian Biosistematika dan Ekologi Hewan, Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Bahan Objek penelitian yang digunakan adalah rayap tanah dari kasta pekerja M. gilvus yang dikoleksi dari pepohonan di sekitar kampus IPB Dramaga sebanyak 100 rayap. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini ialah mikroskop cahaya (Olympus CH20), kamera (Olympus BX 51), dan mikroskop stereo (Nikon SMZ 2000). Koleksi Rayap Tanah Sampel rayap tanah disimpan dalam tabung berisi alkohol 70%, setiap tabung berisi beberapa individu yang berasal dari satu koloni dan diberi label berdasar nomor koloni, tipe kasta, dan lokasi koloni rayap. Identifikasi Rayap Tanah Identifikasi rayap tanah dilakukan sampai tingkat spesies, berdasarkan kunci determinasi Ahmad (1965). Morfologi kasta prajurit yang diamati untuk identifikasi menggunakan karakter pada kepala, (fontanel, mandibel, ruas antena) dan pronotum. Preparat Rayap Tanah Pada penelitian rayap tanah kasta pekerja, bagian yang diproses untuk pembuatan preparat awetan adalah rayap tanah kasta pekerja seluruh tubuh. Rayap pekerja yang utuh difiksasi dengan larutan Formalin, asam asetat glasial, akuades, CaCl2 . 2H20 (FAAC) selama 5 hari, selanjutnya dicuci dengan air kemudian didehidrasi dengan alkohol bertingkat dari konsentrasi 30-100 % (masingmasing15 menit). Penjernihan (clearing) dilakukan dengan memasukkan rayap ke xilol selama 1,5 jam. Infiltrasi parafin dilakukan tiga kali, masing-masing selama 45 menit. Selanjutnya rayap dimasukkan ke dalam parafin dengan titik lebur 58– 60 ºC dan dibiarkan sampai beku. Penyayatan rayap dilakukan dengan ketebalan 6 µm dan ditempel secara serial pada gelas objek dengan perekat albumin Mayer dengan pewarnaan ganda Haematoxilin-Eosin (HE) (Hariprabowo 2006). Selanjutnya preparat diamati di bawah mikroskop cahaya (Olympus CH20) dan difoto dengan menggunakan kamera (Olympus BX 51).
3
HASIL DAN PEMBAHASAN Ciri – ciri Kasta Prajurit Rayap Tanah Tubuh rayap terdiri atas kepala, toraks dan abdomen (Gambar 1). Identifikasi rayap dilakukan sampai tingkat spesies dengan menggunakan rayap kasta prajurit M. gilvus. Rayap kasta prajurit digunakan untuk keperluan identifikasi karena karakter – karakter rayap kasta prajurit lebih jelas dibandingkan rayap kasta pekerja yang sulit untuk diamati. Ciri – ciri rayap kasta prajurit M. gilvus yang di koleksi dari sekitar kampus IPB Darmaga yaitu kepala rayap M. gilvus berwarna coklat, mandibula memiliki gigi tepi, antena 17 ruas, fontanel terletak di kepala bagian depan; Panjang kepala tanpa mandibula 3.50 mm, lebar kepala tanpa mandibula 3.00 mm, panjang kepala dengan mandibula 5.00 mm, lebar bagian terluas postmentum 0.90 mm, bagian tersempit postmentum 0.50 mm; Toraks rayap M. gilvus terdiri atas pronotum, mesonotum, metanotum. Panjang pronotum 1.20 mm, lebar pronotum 2.50 mm, lebar mesonotum 2.20 mm, lebar metanotum 2.10 mm. Abdomen terdiri atas beberapa tergit. Ciri - ciri rayap kasta prajurit M. gilvus yang tertulis di atas sesuai dengan kunci determinasi Ahmad (1965). Deskripsi lain untuk rayap kasta prajurit M. gilvus menurut Ahmad (1965) adalah panjang kepala dengan mandibula (4.80 mm – 5.48 mm), panjang kepala tanpa mandibula (3.40 mm – 3.65 mm), lebar kepala tanpa mandibula (2.88 mm – 3.17 mm); panjang pronotum (1.15 mm – 1.20 mm), lebar pronotum (2.30 mm – 2.68 mm), lebar mesonotum (2.20 mm – 2.40 mm), lebar metanotum (2.10 mm – 2.30 mm), bagian mesonotum dan metanotum berbentuk bulat melebar, lebar dari bagian terluas postmentum 0.90 mm, bagian tersempit postmentum 0.50 mm. Postmentum
Mandibula Antena
Kepala
Fontanel Pronotum Mesonotum
Toraks
Metanotum Abdomen
Gambar 1 Rayap M. gilvus kasta prajurit mayor Struktur Saluran Pencernaan Rayap Tanah Pada penelitian ini bagian usus yang terlihat pada rayap kasta pekerja M. gilvus adalah bagian usus tengah, enteric valve, dan usus belakang. Usus tengah dan usus belakang berfungsi dalam proses penyerapan nutrisi, namun proses penyerapan nutrisi pada usus tengah hanya terbatas pada zat-zat yang mudah dihidrolisis (Noirot & Noirot Timothee 1969). Bagian saluran pencernaan rayap
melintang (a) perbesaran 100 x, (b) perbesaran 600x.
4 yang paling penting ialah usus belakang (Inoue et al, 2000). Pada rayap tingkat rendah digesti selulosa dibantu oleh protozoa sedangkan pada rayap tingkat tinggi digesti seluosa dibantu oleh bakteri (Noirot & Noirot Timothee 1969). Enteric valve berfungsi untuk mencegah isi kantung rektum kembali ke usus tengah (Noirot & Noirot Timothee 1969). Berdasarkan preparat penampang melintang usus tengah M. gilvus bagianbagian yang dapat diamati aalah sel-sel epitel, lapisan sel-sel otot yang tipis dan lumen di bagian tengah (Gambar 2a dan b). Pada rayap tidak ditemukan sekum gastrik. Sekum gastrik adalah bagian yang terdapat pada sebagian besar serangga (Romoser 1973), terletak pada usus tengah bagian depan yang berfungsi sebagai zona penyerapan karbohidrat dan lemak (Wigglesworth 1972). Sel usus tengah tersusun oleh membran basal, sel epitel, otot, dan membran peritropik yang berbatasan dengan lumen usus. Membran peritropik merupakan membran yang terdapat pada serangga yang terdiri atas lamella konsentris yang melekat satu sama lain (Wigglesworth 1972). Membran peritropik berfungsi untuk melindungi kerusakan jaringan yang dilalui oleh makanan yang melewati saluran pencernaan (Wigglesworth 1972). Pada rayap yang diamati tidak terlihat adanya membran peritropik karena proses pewarnaan yang kurang baik dari penelitian ini.
a
b
Sel otot Sel epitel
Lumen
Gambar 2 Penampang melintang usus tengah rayap M. gilvus kasta pekerja (a) perbesaran 100 x, (b) perbesaran 600x.
Bagian usus tengah, enteric valve dan usus belakang memiliki lapisan otot yang tipis. Pada bagian yang memiliki lapisan otot tipis tidak terjadi terjadi proses mekanis (Noirot & Noirot Timothee 1969). Pada bagian usus rayap terdapat lapisan intima. Lapisan intima merupakan lapisan yang relatif tebal, permukaan lapisan intima jarang ditutupi dengan rambut pendek atau spikula, meskipun pada faring dan proventrikulus ditutupi rambut panjang atau duri (Snodgrass 1935). lapisan intima berfungsi untuk melindungi kerusakan jaringan yang dilalui oleh makanan yang melewati saluran pencernaan (Wigglesworth 1972). Pada penelitian ini tidak ditemukan lapisan intima, namun pada penelitian saluran pencernaan rayap kasta pekerja Neotermes bosei ditemukan lapisan intima (Hariprabowo 2006).
5 Penampang melintang enteric valve M. gilvus (Gambar 3a dan b) memiliki empat buah lipatan ke arah lumen sehngga membentuk struktur menyerupai katup (Gambar 3b). Enteric valve tersusun dari sel-sel epitel, lapisan sel-sel otot tipis dan lumen di bagian tengahnya.
a
b Sel otot Sel epitel Lumen
Gambar 3 Penampang melintang enteric valve rayap M. gilvus kasta pekerja (a) perbesaran 100 x, (b) perbesaran 600x. Penampang melintang usus belakang M. gilvus tersusun dari lapisan sel-sel otot yang tipis, sel-sel epitel tipe batang dan lumen di bagian tengahnya (Gambar 4a dan b). Bagian usus tengah, enteric valve dan usus.
a
b
Sel otot Sel epitel
Lumen
Gambar 4 Penampang melintang usus belakang rayap M. gilvus kasta pekerja (a) perbesaran 100 x, (b) perbesaran 600x
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan hasil pengamatan pada penelitian ini bagian usus rayap tanah kasta pekerja M. gilvus yang terlihat jelas ialah usus tengah, enteric valve, dan usus belakang. Pada enteric valve terdapat empat buah lipatan ke arah lumen sehngga membentuk struktur menyerupai katup. Sel epitel pada penelitian ini hanya dapat diamati pada usus belakang. Sel epitel yang dapat diamati pada usus
6 belakang berbentuk batang. Pada usus tengah, enteric valve dan usus belakang memiliki lapisan otot yang tipis. Saran Untuk melengkapi data mengenai saluran pencernaan rayap M. gilvus maka perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai struktur dan anatomi saluran pencernaan rayap tanah M. gilvus dinilai dari bagian depan dan tengah.
DAFTAR PUSTAKA Ahmad M. 1965. Termites (Isoptera) of Thailand. Bull Amer Nat His. Suppl., 131:33-195. Chapman R.F. 1969. The Insects Structure and Function. 4rd Ed. Cambridge (GB): Harvard Univ Pr. Claveland L.R. Hariprabowo LE, Raffiudin R, Prawasti TS. 2006. Alimentary canal Anatomy and histology of the worker termite Neotermes bosei. BIOTROPIA. 13 (2):99110. Inoue T, Kitade O, Yoshimura T, Yamoka T. 2000. Symbiotic association with protist. Di dalam: Abe T, Bignell DE, Higashi M, editor. Termites: Evolution, Sociality, Synbioses, Ecology. Dordrecht (GB): Academic Publ. hlm 275-288. Krishna K. 1969. Chapter 1 Introduction. Di dalam: Krishna K, Weesner FM, editor. Biology of Termites . Volume ke-1. New York (US): Academic Pr. hlm 1-17. Noirot C.H. and C. Noirot-Timothee. 1969. The digestive system. Di dalam: Krishna K, Weesner FM, editor. Biology of Termites. Volume ke-1. New York (US): Academic Pr. hlm 49-88. Romoser WS. 1973. The Science of Entomology. London (GB) : Collier Macmillan Pub. Roonwal ML. 1979.Termite Life and Termite Control in Tropical South Asia Jodhpur: Scientific Pub. Snodgrass RE. 1935. Principles of Insect Morphology. New York (US): McGraw Hill Book Company. Wigglesworth VB. 1972. The Principles of Insect Physiology. Ed ke-7. London (GB): Chapman and Hall.
7
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 25 Januari 1990 dari pasangan Ir. Iman Raharjo dan Euis Mir’ah Soebari, BA. Penulis merupakan anak tunggal. Pada tahun 2008 penulis lulus dari SMA Negeri 10 Bandung. Penulis melanjutkan pendidikan di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama mengikuti perkuliahan penulis melakukan Studi Lapang ke Cagar Alam Pangandaran pada tahun 2010 dengan judul Diversitas dan Perilaku Serangga Sosial di Cagar Alam Pangandaran Kabupaten Ciamis, Jawa Barat di bawah bimbingan Dr. Ir. Rika Raffiudin, M.Si. Pada bulan Juli sampai Agustus 2011 penulis melakukan Praktik Lapang dengan judul Pengujian Insektisida Sipemetrin pada Kayu Karet dan Mahoni Terhadap Serangan Rayap Tanah (Coptotermes curvinagthus) di bawah bimbingan Dr. Dra. Yohana Caecilia Sulistyaningsih, M.Si.
